[发明专利]一种微放电器性能测试装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统领域，尤其涉及一种微放电器性能测试装置及方法。

背景技术

微小等离子体的概念早在1957年就已提出，特指特征尺度小于1mm的低温、非平衡等离子体，但是直到1997年Frame等人成功制作出微放电器件之后，微小等离子体的研究才引起人们的关注，并迅速成为世界各国的研究热点。和宏观大尺度等离子体相比，微小等离子体因具有尺度小、功耗低、能量密度高、低温非平衡以及可在较高气压和大气压下工作等优点，已成功地应用于平板显示、微化学分析系统、生物医学和材料处理等领域。

近几年来，微小等离子体作为一种新的等离子体源用于材料表面的无掩膜刻蚀和沉积加工，在加工过程中不仅无需掩膜，而且刻蚀和沉积速率快，可在大气压或近大气压下工作，使用方便灵活，具有良好的应用潜力，因而得到了各国学者的广泛关注。例如专利“基于并行探针驱动的扫描等离子体加工装置和加工方法(专利号为CN1731559)”将扫描探针技术与微小等离子体技术结合，提出了一种基于并行探针驱动的扫描等离子体加工方法，该方法可实现高精度、高效率、任意图形的扫描微纳米加工。

在微小等离子体的研究、技术发展、以及未来基于微等离子体产品的质量检测过程中，微小等离子体的性能测试与诊断至为重要。以上述扫描微等离子体加工技术为例，由于微放电时等离子体活性自由基的浓度及其分布对刻蚀性能有着重要的影响，因此，必须对微等离子体的放电特性进行测试和诊断。而发射光谱法是对等离子体放电过程进行监测与诊断最常用的方法。

目前，国内外学者主要采用以下两种方法对微等离子体的发射光谱进行测量：一是自行搭建复杂的光路测试系统，如图1所示，微等离子体放电器(即微放电器)发出的光信号通过一个汇聚透镜进入单色仪的狭缝中，单色仪通过旋转衍射光栅扫描波长在200-1100nm的光，然后将光送入光学多通道分析仪(OMA)中，把光信号转变为电信号，并送入计算机，从而得到发射光谱。这种方法的光路系统较为复杂，光路参数的调整也复杂耗时，测量效率较低。二是采用光纤光谱仪进行测量，如图2所示，微等离子体放电器发出的光信号通过一个汇聚透镜进入光纤，光纤将收集到的光信号送入光纤光谱仪进行光谱测量。这种方法虽然采用了光纤来收集光信号，相对方法一而言要简单易行，但是由于微等离子体发出的光信号较弱，而光纤(含包层)的直径多在几十到几百微米的量级，为了能使更多的光进入光纤，需要精确调整微放电光源、透镜以及光纤之间的相对位置和高度，使得微等离子体发出的光经过透镜能正好聚焦到光纤上，从而需要较为复杂费时的光路和位置调整才能实现透镜聚焦斑点和光纤的精确对准。因此，我们急需发展一种简单、高效、可靠的微等离子体的性能测试方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种微放电器性能测试装置及方法，该装置结构简单，操作方便，利用该装置能够简单、高效、可靠的对微放电器的光谱性能进行测试。

为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种微放电器性能测试装置，该装置包括：上盖板可拆卸的真空腔，且所述真空腔的上盖板上设置有观察窗与过真空接口；位于所述真空腔内部的支撑台，支撑台上方可放置待测的微放电器；通过电极引线与所述微放电器相连的外部电路，所述外部电路包括为所述微放电器供电的激励电源；悬设于所述微放电器上方的信号收集装置；通过光纤与所述信号收集装置相连的光谱仪。

优选的，所述信号收集装置位于所述真空腔内部时，所述信号收集装置为光纤检测头；所述光纤检测头具有陶瓷套，且所述光纤检测头通过固定装置固定在所述支撑台上；其中，所述固定装置包括：水平臂与竖直臂；所述水平臂上设有安装所述光纤检测头陶瓷套的圆柱形通孔，且所述水平臂与所述竖直臂活动连接。

优选的，所述信号收集装置位于所述真空腔外部时，所述信号收集装置为准直透镜；所述准直透镜带有光纤接口，且所述准直透镜与所述固定支架板整体放置在所述真空腔的上盖板上；其中，所述固定支架板上设有安装所述准直透镜的圆柱形螺纹通孔，且所述准直透镜通过螺纹连接安装在所述固定支架板上。

优选的，所述真空腔的材质为金属铝或不锈钢；所述观察窗的材质为透明材料；所述过真空接口的材质为有机材料或陶瓷。

优选的，所述微放电器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底的上表面的下电极；位于所述下电极上表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面上的上电极；其中，所述微放电器具有垂直贯穿所述上电极和绝缘层并延伸到所述半导体衬底表面内的投射孔。