面向MEMS质谱仪离子源的场发射针尖阵列研制及性能

针对微电子机械系统(MEMS)质谱仪应用中对高工作气压和高电子电流的需求,同时保持MEMS技术在体积和质量上的优势,研制了一种用于MEMS质谱仪离子源的基于场发射原理的针尖阵列。通过MEMS加工技术实现了最大44个/mm^(2)的针尖密度,并在4和6英寸(1英寸=2.54 cm)的硅基晶圆上完成平行批量制造。实验结果显示,1600个针尖组成的阵列在3.4×10^(-3)Pa气压下最大发射电流达到1.28 mA,在23.71 Pa的气压下达到92.93μA,同时单片集成结构使其具备与永磁体结合的放电增强能力,磁场下针尖阵列的最大放电电流提升175.79%。初步的测试结果证实了场发射针尖阵列作为离子源在MEMS质谱仪中的应用潜力。

基于泊松亮斑效应的紫外曝光制备纳米针尖阵列

使用电子束曝光或者聚焦离子束设备制备纳米针尖,虽然精度高但不能大面积快速制备;使用紫外曝光设备可以大面积快速制备,但制备精度达不到纳米量级。该文基于泊松亮斑效应,提出在常规紫外曝光设备中制备大面积、可控的纳米针尖阵列的方法。通过调控掩膜版图形和曝光剂量得到了直径小于100 nm的光刻胶的纳米针尖阵列,然后用反应离子刻蚀将光刻胶图案转移到硅衬底上得到了直径小于50 nm、径高比达1∶10的超细纳米针尖阵列。泊松亮斑曝光能极大地提高紫外曝光机的分辨率,该方法可操作性强并可大面积制备,是一种可行的曝光技术。

基于针尖阵列的柔性干电极制备与测试

针对目前Ag/AgCl湿电极存在导电膏干涸而导致的信号质量变差、电极-皮肤接触阻抗变大等问题,提出一种可测量生物电信号的柔性干电极的制备方法。结合深反应离子刻蚀(DRIE)和湿法腐蚀工艺制备出硅针尖模具,后经聚对二甲苯薄膜的保形淀积完成聚二甲基硅氧烷(PDMS)两次翻膜工艺,并有效解决了PDMS与金属种子层之间的黏附性问题。使用COMSOL软件对干电极和湿电极进行电场仿真,结果显示干电极能显著提高生物电信号提取的有效性和稳定性。通过对干电极与湿电极进行电极-皮肤接触阻抗的对比测试,表明湿电极随着导电膏干涸而导致接触阻抗逐渐变大并超过干电极,相反干电极的接触阻抗则较为稳定。该方法制备的柔性干电极具有工艺简单、成本较低、适于批量化生产、材料生物兼容性好、接触阻抗稳定等优点。

二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀及其在硅纳米针尖制备中的应用(英文)

系统地研究了硅衬底上二氧化硅纳米颗粒的反应离子刻蚀(R IE)过程,并在此基础上制备了可用于场发射的硅纳米针尖阵列.首先,采用改进的蒸发法在硅衬底上实现二氧化硅纳米颗粒的单层密排结构,再采用典型的刻蚀二氧化硅的R IE技术同时刻蚀硅衬底和二氧化硅纳米颗粒,在对纳米颗粒尺寸随刻蚀进行而改变的电镜照片分析的基础上,获得了相应的二氧化硅纳米颗粒刻蚀模型,计算得到横向和纵向的刻蚀速率;当刻蚀后的二氧化硅纳米颗粒从衬底上脱落后,进一步对硅衬底的刻蚀可以得到锐利的硅纳米针尖阵列,初步的实验结果表明,所制备的硅纳米针尖具有较好的场发射特性.