CN105206426B - 一种驻极体薄膜制备方法及驻极体薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种驻极体薄膜制备方法及驻极体薄膜，该方法包括：根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上；将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中；在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。实施本发明实施例，可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
Description
技术领域
本发明涉及电子材料领域，具体涉及一种驻极体薄膜制备方法及驻极体薄膜。
背景技术
驻极体薄膜是一种具有持久性极化的固体电介质薄膜，在对驻极体薄膜进行充电后，驻极体薄膜能够存储电荷。驻极体薄膜以其轻便、价格低廉的优点，广泛用于驻极体传声器、驻极体麦克风等电子器件中。目前制作驻极体薄膜的方式主要采用旋涂方法，旋涂方法具体步骤为：首先将包含驻极体材料的驻极体溶液置于衬底表面，然后旋转衬底，使驻极体溶液均匀涂布于衬底表面，最后待驻极体溶液挥发后在衬底上留下一层驻极体薄膜。在旋转衬底之后，由于驻极体溶液粘稠度较低，大部分的驻极体溶液被甩出衬底，使得衬底上的驻极体薄膜厚度很薄，导致采用旋涂方法得到的驻极体薄膜的存储电荷能力较弱。
发明内容
本发明实施例提供一种驻极体薄膜制备方法及驻极体薄膜，可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
本发明实施例第一方面，提供了一种驻极体薄膜制备方法，包括：
根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；
将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；
将所述带有目标图案的掩膜版固定在所述预设尺寸的衬底之上；
称量预设重量的驻极体材料，将所述预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；
将所述配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，所述液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，所述液体管道另一端连接液体喷管，所述液体喷管位于所述带有目标图案的掩膜版上方；
在所述液体喷管周围设置多个气体管道，所述多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；
设定所述液体压力罐的液压值和所述气体压力泵的吹扫气压值；
根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据所述溶剂的沸点设置加热板温度；
启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液均匀分布在所述衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。
本发明实施例第一方面的第一种可能的实现方式中，所述启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液均匀分布在所述衬底表面，得到所述目标驻极体薄膜，包括：
启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液与气体混合，形成二流体，以使所述二流体均匀分布在所述衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜；其中，所述二流体为所述驻极体溶液与所述气体的混合物。
结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第二种可能的实现方式中，所述掩膜版为铝片或钢片。
结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第三种可能的实现方式中，所述驻极体材料为环烯烃类共聚物，所述溶剂为二甲苯。
结合本发明实施例第一方面，在本发明实施例第一方面的第四种可能的实现方式中，所述液体压力罐的液压值小于所述气体压力泵的吹扫气压值。
本发明实施例第二方面，提供了一种根据本发明实施例第一方面或本发明实施例第一方面的任一种可能的实现方式制作的驻极体薄膜，包括：
环烯烃类共聚物薄膜，所述环烯烃类共聚物薄膜包含气泡。
本发明实施例第二方面的第一种可能的实现方式中，所述环烯烃类共聚物薄膜具有1～50μm的厚度。
本发明实施例中，根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上；称量预设重量的驻极体材料，将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，液体管道另一端连接液体喷管，液体喷管位于带有目标图案的掩膜版上方；在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值；根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据溶剂的沸点设置加热板温度；启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。采用本发明，可以在驻极体薄膜中形成小气泡，从而在驻极体薄膜中形成许多十分细小的电子阱，从而可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜制备方法的流程图；
图2是本发明实施例公开的另一种驻极体薄膜制备方法的流程图；
图3是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜的结构示意图；
图4是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜表面电压衰减曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明的一部分实施方式，而不是全部实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种驻极体薄膜及其制备方法，可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。以下分别进行详细说明。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜制备方法的流程图。如图1所示，本实施例中所描述的驻极体薄膜制备方法，包括步骤：
S101，根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版。
本发明实施例中，使用数控切割机根据预设程序切割掩膜版，数控切割机可以为激光切割机，也可以为等离子切割机等其他切割机，本发明实施例不做限定。本发明实施例中的掩膜版可以为铝片、钢片等金属材质的掩膜版，目标图案可以为激光切割机精度范围内的任意图案，举例来说，若切割机为激光切割机，掩膜版为不锈钢片，根据不锈钢片的大小和目标图案，设定激光切割机控制系统中预设程序的参数，将不锈钢片置于激光切割机的切割台上，设定好预设程序后，启动激光切割机，以使激光切割机根据预设程序对不锈钢片进行切割加工，程序跑完后，即得到带有目标图案的不锈钢片。
S102，将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上。
本发明实施例中，衬底可以为硅片，也可以为氧化硅、三氧化二铝、玻璃、蓝宝石等，喷胶机包括主机、加热板、液体压力罐、液体压力阀、液体管道、液体喷管、气体管道、气体压力泵、气体压力阀等。衬底可以通过粘合剂固定在喷胶机的加热板之上，也可以通过螺纹连接固定在喷胶机的加热板之上。将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上之前，可以对预设尺寸的衬底进行清洗，例如，若衬底为半径为4英寸硅片，可以将该硅片放入无水乙醇中进行超声波清洗五分钟，然后取出硅片，擦拭干净后，放入浓硫酸和双氧水体积为比1:1的混合溶液中，取出硅片，将硅片放入去离子水中超声波清洗一分钟，然后放入5％的氢氟酸中清洗五分钟，最后再放入去离子水中超声波清洗5分钟，拿出，待硅片表面水分蒸发，即可得到干净的硅片。
S103，将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上。
本发明实施例中，带有目标图案的掩膜版可以通过真空吸的方式固定在预设尺寸的衬底之上，也可以通过粘合剂固定在预设尺寸的衬底之上，还可以通过螺纹连接固定在预设尺寸的衬底之上，本发明实施例不做限定。
S104，称量预设重量的驻极体材料，将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液。
本发明实施例中，驻极体材料可以为COC材料(环烯烃类共聚物)、聚四氟乙烯，聚全氟乙丙烯等非极性驻极体材料，也可以为聚偏氟乙烯等极性驻极体材料。当驻极体材料为COC材料、聚四氟乙烯，聚全氟乙丙烯等非极性驻极体材料时，溶剂可以为正己烷，正戊烷，环己烷，正庚烷，四氯甲烷，二硫化碳，甲苯，苯，二甲苯，乙醚，碘苯，溴苯，氯苯，氟苯，乙酸乙酯，氯仿等极性较弱的有机溶剂，当驻极体材料为聚偏氟乙烯等极性驻极体材料时，溶剂可以为乙二醇，甲醇，乙醇，乙酸，异戊醇，环己醇等极性较强的有机溶剂。
可选的，驻极体材料还可以为全氟树脂等液体驻极体材料，此时，驻极体材料本身为液体，不需要再配置驻极体溶液。
举例来说，以COC材料为例，称量2克COC材料，倒入洁净的烧杯中，然后向该烧杯中缓慢加入200毫升二甲苯，将该烧杯放置在磁力搅拌器上充分搅拌，直至COC材料完全溶解在二甲苯中，即得到配置好的驻极体溶液。
S105，将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，液体管道另一端连接液体喷管，液体喷管位于带有目标图案的掩膜版上方。
本发明实施例中，喷胶机的液体压力罐在使用之前，先用无水酒精充分清洗，以使喷胶机的液体压力罐干净，不影响驻极体溶液的纯度，液体压力阀用于开启或关闭液体压力罐，液体压力阀通过液体管道连接液体喷管，液体喷管位于掩膜版上方，打开液体压力阀后，驻极体溶液经由液体管道通过液体喷管喷射在掩膜版和衬底表面。
S106，在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵。
本发明实施例中，在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道喷出的气体与液体喷管中喷出的驻极体溶液混合在一起，喷涂在掩膜版和衬底表面。在液体喷管周围设置的气体管道越多，在衬底上形成的驻极体薄膜中的气泡就越多，驻极体薄膜的电荷存储能力就越强。
S107，设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值。
本发明实施例中，设定的液体压力罐的液压值小于气体压力泵的吹扫气压值，可以使得驻极体液体中混合更多的气泡，使得驻极体薄膜中能够包含更多的气泡。例如，液体压力罐的液压值可以设定为0.05Mpa，气体压力泵的吹扫气压值可以设定为0.1Mpa。
S108，根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据溶剂的沸点设置加热板温度。
本发明实施例中，目标驻极体薄膜的厚度可以设为1～50um，根据不同的厚度，设置不同的喷胶次数，例如，若设置目标驻极体薄膜的厚度为20um，可以设置喷胶次数为6次。根据溶剂的沸点设置加热板的温度，以使驻极体溶液和气体的混合物能够在衬底表面快速蒸发，快速形成带气泡的驻极体薄膜。例如，若使用对二甲苯为溶剂，由于对二甲苯在常温常压下的沸点为138.36°，可以设置加热板温度为85℃，使得驻极体溶液在衬底表面快速蒸发。
S109，启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。
本发明实施例中，设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值，且设置喷胶次数之后，启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，此时喷胶机按照预设程序在衬底表面均匀喷射包含气泡的驻极体溶液，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。具体的，喷胶机按照预设程序在衬底表面均匀喷射包含气泡的驻极体溶液可以为，根据预设程序在衬底表面等间距的逐行喷射包含气泡的驻极体溶液，当衬底表面完全涂覆一层驻极体溶液后，重复上述步骤，以使驻极体溶液均匀分布在衬底表面，程序跑完后，关闭加热板，当温度恢复至常温，移除掩膜版，取出衬底，此时，在衬底表面形成包含气泡的目标驻极体薄膜。根据掩膜版上图案可以得到具有特定形状的包含气泡的目标驻极体薄膜。
需要说明的是，本发明实施例中的步骤S101～步骤S108的顺序可以适当调整。
本发明实施例中，根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上；称量预设重量的驻极体材料，将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，液体管道另一端连接液体喷管，液体喷管位于带有目标图案的掩膜版上方；在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值；根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据溶剂的沸点设置加热板温度；启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。采用本发明，可以在驻极体薄膜中形成小气泡，从而在驻极体薄膜中形成许多十分细小的电子阱，电子阱越多，驻极体薄膜的存储电荷能力越强，从而可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的另一种驻极体薄膜制备方法的流程图。如图2所示，本实施例中所描述的驻极体薄膜制备方法，包括步骤：
S201，根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版。
S202，将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上。
S203，将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上。
S204，称量预设重量的驻极体材料，将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液。
S205，将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，液体管道另一端连接液体喷管，液体喷管位于带有目标图案的掩膜版上方。
S206，在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵。
S207，设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值。
S208，根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据溶剂的沸点设置加热板温度。
S209，启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液与气体混合，形成二流体，以使二流体均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜；其中，二流体为驻极体溶液与气体的混合物。
本发明实施例中的步骤S201～步骤S208可以参阅图1所示的步骤S101～步骤S108，本发明实施例不再赘述。
本发明实施例中，启动喷胶机后，打开气体压力阀和液体压力阀，此时，气体压力泵中的气体通过气体管道喷射出来，与液体喷管中喷射出的驻极体溶液混合在一起，形成二流体，二流体是一种液体与气体的混合物，使得驻极体溶液中包含很多气泡，当驻极体溶液在衬底上蒸发之后，即可形成带气泡的驻极体薄膜。本发明实施例中的气泡可以为空气，也可以为氮气，氦气等不与驻极体材料发生化学反应的气体。
本发明实施例中，根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；将带有目标图案的掩膜版固定在预设尺寸的衬底之上；称量预设重量的驻极体材料，将预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；将配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，液体管道另一端连接液体喷管，液体喷管位于带有目标图案的掩膜版上方；在液体喷管周围设置多个气体管道，多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；设定液体压力罐的液压值和气体压力泵的吹扫气压值；根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据溶剂的沸点设置加热板温度；启动喷胶机，同时打开气体压力阀和液体压力阀，以使驻极体溶液与气体混合，形成二流体，以使二流体均匀分布在衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜；其中，二流体为驻极体溶液与气体的混合物。采用本发明，可以在驻极体薄膜中形成小气泡，从而在驻极体薄膜中形成许多十分细小的电子阱，电子阱越多，驻极体薄膜的存储电荷能力越强，从而可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜的结构示意图。如图3所示，本实施例中所描述的驻极体薄膜，包括：
环烯烃类共聚物薄膜，该环烯烃类共聚物薄膜包含气泡。
本发明实施例中，环烯烃类共聚物薄膜内可以包含多个气泡，气泡中的气体可以是空气、氮气、二氧化碳、氦气中的一种或者多种混合气体。
在一些可行的实施方式中，该环烯烃类共聚物薄膜的厚度为1～50μm。
具体的，厚度小于1μm时，该环烯烃类共聚物驻极体薄膜的表面电压会大大降低，厚度大于50μm时，该环烯烃类共聚物驻极体薄膜太厚，该环烯烃类共聚物驻极体薄膜的电荷存储能力没有显著的提升，会浪费过多的环烯烃类共聚物驻极体原料，当该环烯烃类共聚物薄膜的厚度为1～50μm时，该环烯烃类共聚物薄膜的综合性能表现最优。
可选的，该驻极体薄膜还可以为聚四氟乙烯薄膜、聚全氟乙丙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、全氟树脂薄膜中的任一种。
举例来说，如图4所示，图4是本发明实施例公开的一种驻极体薄膜表面电压衰减曲线图。图4为COC(环烯烃类共聚物)材料驻极体薄膜的表面电压随时间变化的曲线图，横坐标为时间(单位为分钟)，纵坐标为电压(单位为伏特)。图4所示的COC材料驻极体薄膜采用图1或图2所示的方法制作，图4所示的COC材料驻极体薄膜的厚度为17μm，用1000V电压对COC材料驻极体薄膜进行充电后，其表面电压可以达到730V，10分钟后，表面电压衰减到650V。
采用旋涂法制作的COC材料驻极体薄膜厚度小于1μm，用1000V电压对COC材料驻极体薄膜进行充电后，十分钟后，表面电压迅速衰减到200V，可见，采用旋涂法制作的驻极体薄膜的电荷存储能力要远弱于采用图1或图2所示的喷涂法制作的驻极体薄膜。
本发明实施例中，采用图1或者图2所示的方法制作的环烯烃类共聚物薄膜包含气泡，可以在驻极体薄膜中形成许多十分细小的电子阱，从而可以提高驻极体薄膜的存储电荷能力。
以上对本发明实施例所提供的一种驻极体薄膜制备方法及驻极体薄膜进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种驻极体薄膜制备方法，其特征在于，包括：
根据预设程序切割掩膜版，得到带有目标图案的掩膜版；
将预设尺寸的衬底固定在喷胶机的加热板之上；
将所述带有目标图案的掩膜版固定在所述预设尺寸的衬底之上；
称量预设重量的驻极体材料，将所述预设重量的驻极体材料溶于预设体积的溶剂中，充分搅拌后得到配置好的驻极体溶液；
将所述配置好的驻极体溶液倒入喷胶机的液体压力罐中，所述液体压力罐通过液体压力阀连接液体管道一端，所述液体管道另一端连接液体喷管，所述液体喷管位于所述带有目标图案的掩膜版上方；
在所述液体喷管周围设置多个气体管道，所述多个气体管道通过气体压力阀连接气体压力泵；
设定所述液体压力罐的液压值和所述气体压力泵的吹扫气压值；
根据目标驻极体薄膜的厚度设置喷胶次数，根据所述溶剂的沸点设置加热板温度；
启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液均匀分布在所述衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液均匀分布在所述衬底表面，得到所述目标驻极体薄膜，包括：
启动喷胶机，同时打开所述气体压力阀和所述液体压力阀，以使所述驻极体溶液与气体混合，形成二流体，以使所述二流体均匀分布在所述衬底表面，得到包含气泡的目标驻极体薄膜；其中，所述二流体为所述驻极体溶液与所述气体的混合物。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩膜版为铝片或钢片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驻极体材料为环烯烃类共聚物，所述溶剂为二甲苯。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述液体压力罐的液压值小于所述气体压力泵的吹扫气压值。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的方法制作的驻极体薄膜，其特征在于，包括：
环烯烃类共聚物薄膜，所述环烯烃类共聚物薄膜包含气泡。
7.根据权利要求6所述的驻极体薄膜，其特征在于，所述环烯烃类共聚物薄膜具有1～50μm的厚度。
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| Reactive ion etching of polymer materials for an energy harvesting device;Fei Wang等;《Microelectronic Engineering》;20120330;第97卷;全文 * |
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