專(zhuān)利名稱(chēng)：可裝配二維微等離子體陣列裝置及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可裝配二維微等離子體陣列裝置及其制備方法，屬于微等離子體
陣列裝置領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)大氣壓附近的弱電離等離子體非常不穩(wěn)定，特別容易產(chǎn)生弧光放電。但是，將 工作氣體限制在微米級(jí)的空間中，就可以產(chǎn)生穩(wěn)定的輝光放電。此類(lèi)放電所產(chǎn)生的等離子 體通常被稱(chēng)為"微等離子體"。微等離子體具有弱電離、邊界主導(dǎo)現(xiàn)象和高粒子濃度等特征， 得到了越來(lái)越多研究人員的重視。 微等離子體的應(yīng)用發(fā)展很快，最常見(jiàn)的包括顯示器、生物醫(yī)療診斷和環(huán)境傳感等 方面。它常被用作紫外線(xiàn)輻射源和離子源。在環(huán)境治理方面主要用于處理廢氣和可揮發(fā)性 有機(jī)物。半導(dǎo)體材料硅上制作的微等離子裝置出現(xiàn)之后，利用等離子體和半導(dǎo)體界面對(duì)入 射光線(xiàn)的敏感性，可以制作出小型光探測(cè)裝置。在等離子體刻蝕方面，通過(guò)點(diǎn)亮指定區(qū)域的 微等離子體陣列單元，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)掩膜光刻。在等離子體噴射方面，微等離子體由于其等離 子體密度較高而有明顯的優(yōu)勢(shì)，目前在此方面的研究也逐漸成為熱點(diǎn)。 微等離子體裝置結(jié)構(gòu)主要分為金屬/介質(zhì)/金屬三層通孔結(jié)構(gòu)、金屬/介質(zhì)/金屬 三層半通孔結(jié)構(gòu)、尖端增強(qiáng)陰極結(jié)構(gòu)、中空陰極結(jié)構(gòu)、多層電極混合結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀電極結(jié)構(gòu)。 雖然微等離子裝置結(jié)構(gòu)各種各樣，但普遍存在制作工藝復(fù)雜、裝置陣列面積小、無(wú)法尋址等 缺點(diǎn)，微等離子體陣列相對(duì)于其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)的成功將取決于發(fā)光面積、效率、壽命的增加與 成本的降低。因此在尋找大面積微等離子體陣列裝置的制造方法和結(jié)構(gòu)方面還存在很大的 提升空間與應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服目前微等離子體無(wú)法兼顧大尺寸與可尋址，工藝過(guò)程復(fù) 雜、成本高的技術(shù)不足，提供一種低成本、大尺寸、高分辨率、高可靠性、可尋址的可裝配二 維微等離子體陣列裝置及其制備方法。
本發(fā)明的可裝配二維微等離子體陣列裝置采用以下技術(shù)方案 該可裝配二維微等離子體陣列裝置由至少兩個(gè)電極層與至少一個(gè)微腔層層疊排 列而成，各層之間密切接觸，兩個(gè)最外側(cè)均為電極層，所有電極層與微腔層上均設(shè)有至少兩 個(gè)定位孔，所有電極層和微腔層均通過(guò)定位孔對(duì)齊；微腔層是表面覆蓋介電層的導(dǎo)電材料 片，或是絕緣材料組成的絕緣片；微腔層的邊緣設(shè)有凹陷的線(xiàn)陣列微腔，各個(gè)微腔之間由障 壁隔離開(kāi)；電極層是導(dǎo)電材料片；由微腔層和電極層中分別引出電極。 電極層與微腔層的層疊排列順序可以是電極層與微腔層交替間隔層疊，即兩層電 極層之間設(shè)有一層微腔層；也可以是只有兩個(gè)最外側(cè)為電極層，兩個(gè)電極層之間均為微腔 層；也可以是每?jī)蓚€(gè)電極層之間設(shè)有兩個(gè)微腔層。
微腔可以是矩形、圓弧形或者其它任意圖形。
微腔層中的微腔被障壁所包圍，形成一個(gè)封閉的區(qū)域，微腔在裝置表面沒(méi)有開(kāi)口， 放電空間被封閉在微腔內(nèi)。
電極層的導(dǎo)電材料片表面可以覆蓋介電層，也可以不覆蓋介電層。
微腔層和電極層中引出電極的方式有以下幾種形式 1.由電極層中的奇數(shù)層引出第一總線(xiàn)電極，由電極層中的偶數(shù)層引出第二總線(xiàn)電 極。 2.由電極層中的奇數(shù)層引出第一總線(xiàn)電極，由電極層中的偶數(shù)層引出第二總線(xiàn)電 極，由各個(gè)微腔層中引出第三總線(xiàn)電極。 3.由電極層中的奇數(shù)層引出第一總線(xiàn)電極，由電極層中的偶數(shù)層引出與第二總線(xiàn)
電極，由奇數(shù)微腔層引出第三總線(xiàn)電極，由偶數(shù)微腔層引出第四總線(xiàn)電極，第一電極總線(xiàn)與
第二電極總線(xiàn)之間施加交流電壓或直流電壓，作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持放電的狀態(tài)；第
三電極總線(xiàn)與第四電極總線(xiàn)作為尋址電極，設(shè)定該行是需要點(diǎn)亮還是不需要點(diǎn)亮。 4.由奇數(shù)微腔層引出第三總線(xiàn)電極，由偶數(shù)微腔層引出第四總線(xiàn)電極，第三電極
總線(xiàn)與第四電極總線(xiàn)之間施加交流電壓，作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持放電的狀態(tài)。 本發(fā)明裝置中所有電極層與微腔層之間緊密靠近，中間通過(guò)外部壓力緊密結(jié)合在
一起，陣列裝置的最外層是電極層，氣體被密封在裝置之內(nèi)并維持氣體的密封性。該陣列裝
置的電極引出方式可以是從相鄰的兩個(gè)電極層分別引出的兩電極結(jié)構(gòu)，也可以是從微腔層
和電極層按照一定順序分別引出電極的三電極、四電極或更多電極。 上述可裝配二維等離子體陣列裝置的制備方法，包括以下步驟 (1)通過(guò)裁切方法將能夠制作微腔層和電極層的導(dǎo)電片狀材料以及只能夠制作微
腔層的絕緣片狀材料裁切成大小與形狀相同的矩形片； (2)在每個(gè)矩形片的相同的位置處制作至少兩個(gè)定位孔，將要制作成微腔層的矩 形片的邊緣采用光刻或者切割工藝制作構(gòu)成微腔的凹槽，未制作微腔的矩形片稱(chēng)為電極 層，制作微腔的矩形片稱(chēng)為微腔層，微腔排列形成一個(gè)微腔的線(xiàn)陣列；微腔之間的間隔稱(chēng)為 微腔障壁； (3)采用電化學(xué)或鍍膜方法在電極層或微腔層表面制作介電層，將電極層與微腔 層的定位孔對(duì)齊，按照裝置要求的微腔層與電極層的排列順序和要求逐層裝配；裝配N(xiāo)層 微腔層的裝置就放置N層微腔片； (4)最后將整個(gè)電極陣列裝置密封起來(lái)充入放電氣體或者蒸汽，并將電極引出。
本發(fā)明采用可裝配的片狀材料實(shí)現(xiàn)了二維微等離子體陣列裝置，該裝置提高了裝 置的尺寸靈活可變性，同時(shí)降低了工藝難度與制作成本，提高了裝置的陣列密度、裝置尺寸 與可靠性。


圖1是本發(fā)明可裝配二維微等離子體陣列裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是圖1所示可裝配二維微等離子體陣列裝置立體圖的三視圖(主視圖、俯視
圖和側(cè)視圖)。 圖3是本發(fā)明可裝配二維微等離子體陣列裝置的兩電極引出結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明可裝配二維微等離子體陣列裝置的三電極引出結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明可裝配二維微等離子體陣列裝置的四電極引出結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明單純由微腔層組成的微腔陣列交叉排列裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明的封閉微腔圖形結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的可裝配的二維微等離子體陣列裝置，由電極層100和 微腔層200組成，每層的厚度可以從1微米到幾千微米。電極層100與微腔層200上均包含 至少兩個(gè)定位孔300，電極層IOO與微腔層200交替層疊，每層的定位孔300要對(duì)齊。裝置的 最外側(cè)為電極層100(0)和IOO(N)，第零電極層100(0)與第一微腔層200(1)相連接，通過(guò) 定位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙。第一電極層100(1)與第一微腔層200(2) 相連接，通過(guò)定位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙。依次類(lèi)推，第k微腔層200 (k) 與第k電極層100 (k)相連接，通過(guò)定位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙，直到第 N微腔層200 (N)和第N電極層100 (N)。 每個(gè)微腔層200上具有M個(gè)微腔400，微腔的尺寸可以從1微米到幾千微米，整個(gè) 裝置具有N層微腔層，由電極層100與微腔層200共同構(gòu)成了二維微腔陣列，整個(gè)裝置陣列 個(gè)數(shù)為NXM個(gè)。微腔層上的每個(gè)微腔之間由障壁410隔離開(kāi)。
實(shí)施例2 本實(shí)施例是在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上設(shè)置兩個(gè)總線(xiàn)電極。如圖3所示，電極層中的 奇數(shù)層100(1) 、100 (3)、……與第一總線(xiàn)電極601相連接，電極層中的偶數(shù)層100(0)、 100(2)、……與第二總線(xiàn)電極602相連接，電極層中的每一個(gè)偶數(shù)層與每一個(gè)奇數(shù)層之間 均包含一個(gè)微腔層，第一電極總線(xiàn)601與第二總線(xiàn)電極602之間施加交流電壓或直流電壓，
使陣列放電。
實(shí)施例3 本實(shí)施例是在實(shí)施例2的基礎(chǔ)上增加設(shè)置第三總線(xiàn)電極。如圖4所示，電極層中 的每一個(gè)偶數(shù)層與每一個(gè)奇數(shù)層之間均包含一個(gè)微腔層，微腔層200(1) 、200 (2)，……與 第三總線(xiàn)電極603相連接。第一電極總線(xiàn)601與第二總線(xiàn)電極602之間施加交流電壓或直 流電壓，可以作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持放電的狀態(tài)；第三總線(xiàn)電極603可以作為尋址電
極，設(shè)定該行是需要點(diǎn)亮還是不需要點(diǎn)亮。
實(shí)施例4 本實(shí)施例設(shè)置有四個(gè)總線(xiàn)電極，并且兩個(gè)電極層100之間設(shè)有兩個(gè)緊密連接的微 腔層200。如圖5所示，該可裝配的二維微等離子體陣列裝置也由電極層100和微腔層200 組成，電極層100與兩個(gè)微腔層200交替層疊，各層的定位孔要全部對(duì)齊。裝置的最外側(cè)為 電極層100(0)和IOO(N)，第零電極層100(0)與第一微腔層200(1)相連接，通過(guò)定位孔對(duì) 齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙。第一微腔層200(1)與第二微腔層200(2)相連接， 通過(guò)定位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙，兩個(gè)微腔層的微腔400對(duì)齊或者在水 平方向上錯(cuò)開(kāi)一定的距離。第二微腔層200(2)與第一電極層100(1)相連接，通過(guò)定位孔 對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙。依次類(lèi)推，第k電極層100 (k)與第2k+l個(gè)微腔 層200(2k+l)相連接，通過(guò)定位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙；第2k+l個(gè)微腔層200(2k+l)與第2k+2個(gè)微腔層200(2k+2)相連接，通過(guò)定位孔對(duì)齊，二者之間密切接 觸，中間不留空隙。直到第2N微腔層200(2N)和第N電極層100(N)。電極層中的奇數(shù)層 100 (1) 、 100 (3)、……與第一總線(xiàn)電極601相連接，電極層中的偶數(shù)層100 (0) 、 100 (2)、…… 與第二總線(xiàn)電極602相連接，電極層中的每一個(gè)偶數(shù)層與每一個(gè)奇數(shù)層之間均包含兩個(gè)微 腔層，奇數(shù)微腔層200(1)、200(3)、……與第三總線(xiàn)電極603相連接。偶數(shù)微腔層200 (2)、 200(4)、……與第四總線(xiàn)電極604相連接。第一電極總線(xiàn)601與第二電極總線(xiàn)602之間施 加交流電壓或直流電壓，可以作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持放電的狀態(tài)；第三電極總線(xiàn)603 與第四電極總線(xiàn)604可以作為尋址電極，設(shè)定該行是需要點(diǎn)亮還是不需要點(diǎn)亮。
實(shí)施例5 如圖6所示，本實(shí)施例的可裝配的二維微等離子體陣列裝置，由兩個(gè)電極層 100(0) 、100(1)和多個(gè)微腔層200組成，電極層100與微腔層200上均包含至少兩個(gè)定位 孔300，電極層100(0)和IOO(I))位于最外側(cè)，中間為多層微腔層200(1) 、200(2)、……， 200(2N)，每層的對(duì)位孔要對(duì)齊。第一微腔層200(1)與第二微腔層200(2)相連接，通過(guò)定 位孔對(duì)齊，二者之間密切接觸，中間不留空隙，兩個(gè)微腔層的微腔400要在水平方向上錯(cuò)開(kāi) 間隔分布，第一微腔層200(1)的微腔400與第二微腔層200(2)的微腔障壁410相連接，第 二微腔層200(2)的微腔400與第一微腔層200(2)的微腔障壁410相連接。奇數(shù)微腔層 200(1) 、200 (3)、……與第三總線(xiàn)電極603相連接。偶數(shù)微腔層200 (2) 、200 (4)、……與第 四總線(xiàn)電極604相連接。第三電極總線(xiàn)603與第四電極總線(xiàn)(604)之間施加交流電壓，可
以作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持放電的狀態(tài)。
實(shí)施例6 如圖7所示，本實(shí)施例是針對(duì)微腔層100的結(jié)構(gòu)，微腔層100中的微腔400被障壁 410所包圍，形成一個(gè)封閉的區(qū)域，微腔400在裝置表面沒(méi)有開(kāi)口，放電空間被封閉在微腔 400內(nèi)。微腔400的形狀可以是任意封閉圖形。 上述各實(shí)施例提供的可裝配的二維微等離子體陣列裝置的制備方法如下所述
首先通過(guò)激光、機(jī)械以及其它裁切方法將導(dǎo)電片狀材料裁切成大小與形狀相同的 矩形片；然后在每個(gè)矩形片的相同的位置處采用激光、超聲、機(jī)械以及其它鉆孔方法制作至 少兩個(gè)定位孔；接著將部分矩形片的邊緣采用光刻、線(xiàn)切割以及其它工藝制作構(gòu)成微腔的 凹槽，未制作微腔的矩形片稱(chēng)為電極層，制作微腔的矩形片稱(chēng)為微腔層，每個(gè)微腔層上有若 干個(gè)微腔，形成一個(gè)微腔的線(xiàn)陣列，每個(gè)微腔層上的微腔數(shù)量為M個(gè)。采用電化學(xué)、鍍膜或
者其它方法在電極層或微腔層表面制作介電層。將電極層與微腔層的所有定位孔對(duì)齊，按 照各實(shí)施例所述的各層的排列順序逐層層疊裝配。最后將整個(gè)電極陣列裝置密封起來(lái)充入 放電氣體或者蒸汽，并按各實(shí)施例所述將電極引出，具有N層微腔層的陣列裝置的微腔數(shù) 目為NXM個(gè)?？裳b配的二維微等離子體陣列裝置微腔可以填充以氣態(tài)放電介質(zhì)，所述介質(zhì) 可以包括一種、兩種或者多種氣體。如果電極層上介電層存在，則裝置施加交流電壓，如果 介電層不存在，則施加交流或直流電壓。
權(quán)利要求
一種可裝配二維微等離子體陣列裝置，由至少兩個(gè)電極層與至少一個(gè)微腔層層疊排列而成，其特征在于各層之間密切接觸，兩個(gè)最外側(cè)均為電極層，所有電極層與微腔層上均設(shè)有至少兩個(gè)定位孔，所有電極層和微腔層均通過(guò)定位孔對(duì)齊；微腔層是表面覆蓋介電層的導(dǎo)電材料片，或是絕緣材料組成的絕緣片；微腔層的邊緣設(shè)有凹陷的線(xiàn)陣列微腔，各個(gè)微腔之間由障壁隔離開(kāi)；電極層是導(dǎo)電材料片；由微腔層和電極層中分別引出兩電極、三電極或四電極。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述電極層 與微腔層的層疊排列順序是電極層與微腔層交替間隔層疊。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述電極層 與微腔層的層疊排列順序是只有兩個(gè)最外側(cè)為電極層，兩個(gè)電極層之間均為微腔層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述電極層 與微腔層的層疊排列順序是每?jī)蓚€(gè)電極層之間設(shè)有兩個(gè)微腔層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述微腔層 中的微腔被障壁所包圍，形成一個(gè)封閉的區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述微腔層 和電極層中引出電極的方式為由電極層中的奇數(shù)層引出第一總線(xiàn)電極，由電極層中的偶 數(shù)層引出第二總線(xiàn)電極，由各個(gè)微腔層中引出第三總線(xiàn)電極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述微腔層 和電極層中引出電極的方式為由電極層中的奇數(shù)層引出第一總線(xiàn)電極，由電極層中的偶 數(shù)層引出與第二總線(xiàn)電極，由奇數(shù)微腔層引出第三總線(xiàn)電極，由偶數(shù)微腔層引出第四總線(xiàn) 電極，第一電極總線(xiàn)與第二電極總線(xiàn)之間施加交流電壓或直流電壓，作為放電維持電極，負(fù) 責(zé)維持放電的狀態(tài)；第三電極總線(xiàn)與第四電極總線(xiàn)作為尋址電極，設(shè)定該行是需要點(diǎn)亮還 是不需要點(diǎn)亮。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可裝配二維微等離子體陣列裝置，其特征在于所述微腔層 和電極層中引出電極的方式為由奇數(shù)微腔層引出第三總線(xiàn)電極，由偶數(shù)微腔層引出第四 總線(xiàn)電極，第三電極總線(xiàn)與第四電極總線(xiàn)之間施加交流電壓，作為放電維持電極，負(fù)責(zé)維持 放電的狀態(tài)。
9. 一種權(quán)利要求1所述可裝配二維微等離子體陣列裝置的制備方法，其特征在于包 括以下步驟(1) 通過(guò)裁切方法將能夠制作微腔層和電極層的導(dǎo)電片狀材料以及只能夠制作微腔層 絕緣片狀材料裁切成大小與形狀相同的矩形片；(2) 在每個(gè)矩形片的相同的位置處制作至少兩個(gè)定位孔，將要制作成微腔層的矩形片 的邊緣采用光刻或者切割工藝制作構(gòu)成微腔的凹槽，未制作微腔的矩形片稱(chēng)為電極層，制 作微腔的矩形片稱(chēng)為微腔層，微腔排列形成一個(gè)微腔的線(xiàn)陣列；(3) 采用電化學(xué)或鍍膜方法在電極層或微腔層表面制作介電層，將電極層與微腔層的 定位孔對(duì)齊，按照裝置要求的微腔層與電極層的排列順序和要求逐層裝配；(4) 最后將整個(gè)電極陣列裝置密封起來(lái)充入放電氣體或者蒸汽，并將電極引出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可裝配二維微等離子體陣列裝置及其制備方法，該裝置由至少兩個(gè)電極層與至少一個(gè)微腔層層疊排列而成，各層之間密切接觸，兩個(gè)最外側(cè)均為電極層，所有電極層與微腔層上均設(shè)有至少兩個(gè)定位孔，所有電極層和微腔層均通過(guò)定位孔對(duì)齊；微腔層是表面覆蓋介電層的導(dǎo)電材料片，或是絕緣材料組成的絕緣片；微腔層的邊緣設(shè)有凹陷的線(xiàn)陣列微腔，各個(gè)微腔之間由障壁隔離開(kāi)；電極層是導(dǎo)電材料片；由微腔層和電極層中分別引出電極。制備方法是將片狀材料裁切成相同的矩形片作為電極層和微腔層，將電極層與微腔層對(duì)齊，按照要求逐層裝配。本發(fā)明可靈活改變微等離子體陣列尺寸，降低了工藝難度與成本，提高了裝置陣列密度、裝置尺寸與可靠性。
文檔編號(hào)H01J17/38GK101794699SQ20101012954
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月23日
發(fā)明者孟令國(guó), 林兆軍, 王卿璞, 蔣然, 邢建平 申請(qǐng)人:山東大學(xué)