[发明专利]一种用于微电极接触的过载保护装置及其制备和使用方法

权利要求书

1.一种用于微电极接触的过载保护装置，其特征在于：所述过载保护装置由载流单元和相变激发单元组成，所述载流单元由载流上电极层和载流下电极层组成，载流上电极由上电极层和电极基底组成，载流下电极由下电极层、上绝缘层、下绝缘层和基底组成；相变激发单元包括相变激发上下电极、相变薄膜、相变恢复电路和采样电阻；

相变薄膜位于相变激发上下电极之间；相变激发下电极往下依次为下绝缘层和基底；

相变激发上电极往上依次为上绝缘层、下电极、上电极和电极基底；

相变恢复电路与采样电阻并联，并联电路的第一端与外电路接线柱相连，第二端分别与下电极、相变激发上电极相连，第三端与相变激发下电极连接，上电极通过引线与外电路接线柱相连。

2.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置，其特征在于：所述相变恢复电路由导线、包括纽扣电池或集成电压源在内的相变恢复电压源和包括按钮开关在内的相变恢复电路导通按钮构成，相变恢复电压源通过导线与相变恢复电路导通按钮并联后再与采样电阻并联；所述相变恢复电压源的电压值大于相变薄膜的相变阈值电压。

3.  如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置，其特征在于：所述相变薄膜为GST薄膜，GST薄膜根据靶材的成分为Ge₁Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₅或Ge₁Sb₄ Te₇。

4.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）在基底材料表面利用化学气相沉积法或溅射方法生长下绝缘层；

（2）在下绝缘层表面利用溅射工艺或蒸发工艺沉积一层导电金属或其合金作为相变激发下电极；

（3）在相变激发下电极上利用磁控溅射制备GST相变薄膜，然后再在GST相变薄膜上溅射一层导电金属或其合金作为相变激发上电极；

（4）在相变激发上电极上依次溅射上绝缘层和下电极层；

（5）在电极基底上采用溅射方法制备上电极层；

（6）将所制备的载流上电极与载流下电极结构放入夹具中，并使上电极与下电极正面相对叠在一起，然后夹紧固定；

（7）采用微加工工艺将金丝导线分别与所述的四个电极层键合相连；

（8）将相变恢复电路与采样电阻并联，并联电路的第一端与外电路接线柱相连，第二端分别与下电极、相变激发上电极相连，第三端与相变激发下电极连接，上电极通过引线与外电路接线柱相连；

（9）采用环氧树脂对上述结构进行包覆封装。

5.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于：所述下绝缘层的厚度为50 ~ 200 nm；所述相变激发下电极的厚度为50~100nm；所述GST相变薄膜的厚度为300~500nm；所述相变激发上电极的厚度为50~100nm；所述上绝缘层的厚度为50~200nm；所述下电极层的厚度为500~1000nm；所述上电极层的厚度为500~1000nm。

6.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于：所述基底材料和电极基底材料为单晶硅片或玻璃。

7.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于：所述上下绝缘层为Si₃N₄或SiO₂薄膜。

8.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于：所述微加工工艺包括但不限于磁控溅射、蒸发和化学气相沉积工艺。

9.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的制备方法，其特征在于：所述导电金属或其合金指金、银、铜、铝或其合金材料构成的良导体。

10.如权利要求1所述的一种用于微电极接触的过载保护装置的使用方法，其特征在于：过载保护装置接入外电路，电流流经采样电阻，再通过导线由下电极流向上电极；当外电路电流小于阈值电流Ia=Ua/R时，其中R为采样电阻的阻值，Ua为GST的相变阈值电压，采样电阻两端的电压U小于GST的相变阈值电压Ua，材料不发生相变，上电极、下电极处于闭合状态；当外电路电流大于阈值电流Ia时，采样电阻两端的电压U大于GST的相变阈值电压Ua时，GST薄膜发生相变收缩，下电极在相变激发上电极、上绝缘层的带动下向下运动，使上电极、下电极分开，切断外电路电流；故障解除时，按压相变恢复电路导通按钮，相变恢复电压源的电压值大于相变阈值电压，借助相变恢复电压源完成GST薄膜的相变恢复，实现上电极、下电极导通。