[发明专利]一种三维微型传感器用微纳原电池的制备方法

说明书

一种三维微型传感器用微纳原电池的制备方法，所述微纳原电池包括金属阳极层、绝缘层、阴极层、电解质通孔和阳极孔，其制备方法包括以下步骤：采用直流偏压模式在硅体上生长制备出厚度为400~500μm的金属阳极层；采用射频模式在金属阳极上制备厚度为200~1000nm的绝缘层；生长石墨阴极层，石墨厚度为2~3μm；在高浓度等离子刻蚀机上，使用Cl₂气体为刻蚀气体，在金属阳极层上先刻蚀阳极孔，再刻蚀电解质通孔；划片，切割；本发明通过将二维边沿电池变成三维微纳原电池，并采用阳极孔倒置方式，使得雨水等杂物脱离了阳极孔，从而将电池的使用性能提高50%。

技术领域

本发明涉及电池加工领域，更具体地说，涉及一种三维微型传感器用微纳原电池的制备方法。

背景技术

随着5G技术的来临，探测传感器件应用越来越重要，生物微型传感器、微纳马达也展现出来巨大的应用价值，它们的需求量也在上升。一大批采用二维薄膜电极结构的微电池相继提出并进行了实践应用，用来驱动微传感器，但是薄膜容易老化，电流击穿，因此，对微型传感器驱动所需要的微型电源是一个亟待解决的问题。

二维微电池的一般构造可以简化为3层膜层结构，阳极层、电解质层、金属阳极层，可以使用胶粘方式制备成阳极层、电解质层、金属阳极层3个膜层。这样的结构造成以下几个缺陷：一是膜层厚，二是容易起皮，三是厚薄不均一，四是采用上述工艺制备原电池，很难控制，使用同一个工艺制备出的原电池，性能差别很大，需要逐一检测进行使用，且成品率在50%，因此存在人力资源耗费大、资源浪费、成本高的问题。

发明内容

有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种三维微型传感器用微纳原电池的制备方法，通过将二维边沿电池变成三维微纳原电池，并采用阳极孔倒置方式，使得雨水等杂物脱离了阳极孔，从而将电池的使用性能提高50%。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种三维微型传感器用微纳原电池的制备方法，所述微纳原电池包括金属阳极层、绝缘层、阴极层、电解质通孔和阳极孔，其制备方法是在硅基体上采用3靶共溅射方式镀膜制备金属阳极层、绝缘层、阴极层，再采用光刻、刻蚀工艺制备电解质通孔和阳极孔，具体包括以下步骤：

步骤一，对硅片进行清洗，选择含量99.99%各种金属靶材，采用直流偏压模式在硅体上生长制备出厚度为400~500μm的金属阳极层；

步骤二，采用射频模式在金属阳极上制备厚度为200~1000nm的绝缘层；

步骤三，生长石墨阴极层，石墨厚度为2~3μm；

步骤四，在高浓度等离子刻蚀机上，使用Cl₂气体为刻蚀气体，在金属阳极层上先刻蚀阳极孔，再刻蚀电解质通孔；

步骤五，划片，切割。

进一步的，步骤一中，金属阳极层为Cu、Sn或者Zn中的一种，直流偏压模式镀膜参数为：腔体气压为0.5~1Pa，功率为200~300W，偏压为50~100W。

进一步的，步骤二中，绝缘层采用SiO₂、SiN_X或者Al₂O₃中的一种，射频模式镀膜参数为：腔体气压为0.5~1Pa，功率为200~300W，氧气或者氮气与Ar流量比为1：8~1：10。

进一步的，步骤三中，镀膜参数为：腔体气压为0.5~0.8Pa，功率为300~350W。

进一步的，步骤四中，Cl₂流量为40~60sccm，气压为0.5~2Pa，功率为50~100W，掩膜采用20μm厚度的不锈钢金属掩膜，掩膜板采用复合双模板。

进一步的，步骤五中，切割参数为：刀转速30000r/min，刀移动速度10mm/s，冲水流速2L/min。