硅基MEMS三维微电极阵列的超电容特性

三维微电极是一种具有空间结构优势、电化学性能比二维微电极更加优越的微型储能结构.本文提出一种基于光刻、感应耦合等离子体刻蚀和溅射等MEMS工艺加工三维结构硅基微电极阵列的新方法.采用电化学阴极沉积工艺在微电极表面制备了纳米氧化钌功能薄膜.借助扫描电子显微镜、循环伏安测试和电化学交流阻抗谱测试等手段对三维微电极的表面形貌和电化学性能进行了表征,系统研究了阴极沉积电流密度、电沉积时间以及硅基微结构表面"微草效应"对三维微电极超电容特性的影响.所制备三维微电极的比电容达到1.57 F/cm2,与平面电极比电容0.42 F/cm2相比明显提高,而电化学阻抗比二维平面微电极显著降低.相关实验数据表明基于MEMS技术加工的三维结构微电极具有优于平面电极的电化学电容储能特性.

MEMS用新型微型超级电容器的制造及性能分析

采用微加工工艺为MEMS制作了一种基于电化学赝电容原理储能的微型能量存储器件——新型微型超级电容器。通过光刻、感应耦合等离子体刻蚀和溅射等MEMS微加工工艺制作了硅基3D微电极阵列，并在其表面用阴极电沉积法制备了氧化钌功能薄膜。采用循环伏安法和交流阻抗法研究了3D微电极的性能，系统比较了3D微电极与平面微电极的电化学性能，测试结果表明3D微电极的比电容达1．57F·cm^-2。基于三维微电极阵列阳极和钌钛金属氧化物阴极组装了微型超级电容器，恒流充放电测试结果表明该电容器的比容量达0．73F·cm^-2，比功率达0．50mW·cm^-2，比能量达0．36J·cm^-2。

用于神经信号检测的传感器系统的研究

探讨了一种用于神经信号检测的新型传感器系统的设计。提出了一种由二维无源电极和前置信号放大模块微装配而成的三维有源微电极阵列的结构形式,在对电极和电解液接触面间的电学模型进行分析的基础上,完成了二维无源电极和前置放大模块的设计。仿真结果验证了传感器系统用来检测神经信号的可行性和可靠性。