[发明专利]具有包封电极的微放电装置及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及微放电装置。

背景技术

微等离子体(微放电)装置已经研究了将近十年，且已经制作出具有尺寸小至10μm的微腔的装置。已经制作出约4cm²芯片面积内像素多达4×10⁴个的微等离子体装置阵列，封装密度为每cm²10⁴个像素。此外，已经展示了这些装置在可见光及紫外光范围的光电探测、环境检测、以及半导体的等离子体蚀刻的多种领域中的应用，且目前正在探究一些应用的商业前景。迄今为止所报导的许多微等离子体装置是由直流电压驱动，并结合了由基本上均匀材料形成的介电膜。与微等离子体装置的预想应用无关，这种技术的成功将取决于多个因素，其中最终要的因素为制造成本、寿命、以及辐射效率。

发明内容

本发明的一个实施例为包括包封在电介质内的第一电极的微放电装置，该电介质可以为纳米孔介电膜。提供也可以用电介质包封的第二电极。这些电极配置成，当时变(AC、RF、双极或脉冲DC等)电势施加在电极之间时，在微腔内触发放电。在本发明的具体实施例中，第二电极可以是覆盖微腔开口的网，且该微腔在一端闭合。在本发明的一些实施例中，该第二电极可以与第一电极直接接触。在其他实施例中，一间隙分隔这些电极。

在具有包封电极的微放电装置的优选制造方法中，金属基板被用于形成纳米孔介电包封电极并溶解介电层的一部分。该介电层随后再次被阳极化，形成纳米孔介电包封电极，其纳米尺寸介电结构具有改善的规则性。在本发明的一些实施例中，电介质内的柱状孔洞可以用一种以上的材料回填，以进一步调整电介质的性能。

附图说明

参考结合附图进行的下述详细描述，可以更容易地理解本发明的前述特征，附图中：

图1A-1F示出了根据本发明实施例的纳米孔包封金属微等离子体电极制作工艺的图示；

图1G和1H为图1所示工艺中另外工艺步骤的图示；

图1I示出了图1A-1F、1G和1H所示工艺的流程图；

图2A示出了根据本发明实施例的具有包封电极的微放电装置的剖面图；

图2B示出了图2A的装置的俯视图；

图3A示出了根据本发明实施例的具有包封电极和用于另一个电极的包封金属网的微放电装置的剖面图；

图3B示出了图3A的装置的俯视图；

图4示出了根据本发明实施例的微腔一端闭合的微放电装置的剖面图；

图5示出了两个电极都被包封的与图2的装置类似的装置；

图6示出了两个电极未直接物理接触的图5的装置的层叠形式；

图7示出了根据本发明实施例，形成线性阵列的图5的装置的层叠形式，其中电极对直接物理接触；

图8示出了根据本发明实施例的微腔形成平面阵列的微放电结构；

图9示出了根据本发明实施例的用于显示器应用的微放电装置阵列，其中像素是可单独寻址的；

图10示出了根据本发明另一个实施例的由柱面上多个介电包封微腔以及中心电极形成的微放电装置阵列；

图11示出了图10的装置的两级形式；

图12示出了直径100μm的Al/Al₂O₃装置在氖气中在几个交流激励频率数值下的电压-电流特性；以及

图13示出了直径100μm的Al/Al₂O₃装置在Ar∶N₂(2％)混合物中在两个压力数值下的电压-电流特性。

具体实施方式

在本发明的特定实施例中，柱状纳米结构电介质生长在金属基板上以形成微放电电极。该金属基板可具有任意形式，例如薄膜、箔片、板、杆或管。这种方法有利于制作可以容纳任意表面形状的微放电装置阵列。首先阳极化可为铝的金属基板，由此生长该电介质。得到的介电层的一部分随后被溶化(溶解)，且接着执行第二阳极化步骤。得到介电结构是高度规则的且是纳米孔状的，具有非常均匀的、直径为几十到几百纳米的柱状腔体。在本发明的一些实施例中，纳米尺寸的腔体随后用特定材料(电介质或电导体)回填，以进一步调整结构的性能。与例如体材料或薄膜的传统介电材料相比，得到的包封金属表现出优异的性能，例如高的击穿电势。