基于MEMS技术的三维氧化钌微电极准电容特性

为增强电极在单位底面积上的电荷储存能力,设计利用MEMS技术制作高深宽比三维微电极结构,以增大电极结构表面积,并在结构表面制作功能膜形成电极.以硅为基底,SU-8光刻胶为材料制作了三维微电极结构,在结构表面溅射金作为集流体,用两电极体系进行方波脉冲电沉积,在三维微电极结构表面沉积氧化钌作为活性物质,制备了三维微电极.用扫描电镜和能谱对微电极表面形貌和物质组成进行表征,用循环伏安法等对微电极的电化学特性进行测试,三维微电极的比容量达0.79 F/cm2.

硅基微型超级电容器三维微电极结构制备

为增大硅基微型超级电容器电极结构表面积,以提高电极的电荷存储能力,采用感应耦合离子刻蚀(ICP)技术制备了超级电容器三维微电极结构,研究了刻蚀、钝化气体流量和射频功率及电极电压等工艺参数对所制电极结构的影响。要取得较理想的结果,须根据刻蚀的一般规律和所用设备的具体特点,结合实际要求来确定工艺参数。在掩膜宽度为25μm时,所制三维电极结构表面规则平整,比二维电极结构表面积增大8.38倍。

基于压电材料的振动能量收集器的谐振频率调节

振动能量收集器的最大输出电压发生在共振状态,因此其谐振频率应与环境振动频率一致。针对振动能量收集器与环境频率不匹配的问题,采用单自由度模型分析了悬臂梁-质量块结构的振动能量收集器谐振频率等性能,加工并测试了压电式的微型振动能量收集器样机,结果谐振频率的误差最大为6%。通过质量调节方法进一步将样机的谐振频率调节了10.5Hz的宽度。针对50Hz的振动环境,将谐振频率为58.7Hz的样机调节到了50.4Hz,输出电压提高了4倍。

柔性梁颤振机理在压电式微型风能收集器设计中的应用

提出了基于颤振机理的微型风能收集器,采用颤振的柔性梁牵引锆钛酸铅(PZT)压电梁发生振动。通过风洞实验研究了柔性梁颤振发生的过程,发现颤振发生在切入临界风速与切出临界风速之间。分析了柔性梁的长和宽对器件性能的影响,发现随柔性梁长度增加,收集器的临界风速、颤振频率、输出电压和功率等性能都减小;随着宽度增加,临界风速基本不变,而颤振频率、输出电压和功率都增加。微型风能收集器的最低临界风速为6.4m/s,最大输出功率为1.30mW。结果表明柔性梁结构降低了PZT梁的切入临界风速,提高了输出功率,证实了基于柔性梁颤振结构的微型风致振动能量收集器的可行性。

硅尖阵列的制备及其在真空微电子加速度计中的应用(英文)

针对微电子器件,提出了一种简单、低成本、便于批量加工的硅尖阵列制备方法。分析了各向异性和各向同性湿法腐蚀的特点,研究了不同腐蚀液中硅尖的形成机理和腐蚀速率,采用扫描电子显微镜(SEM)观测硅尖形貌。结果表明:在质量分数40%KOH腐蚀液中添加I2和KI,显著减小了削角速率,得到了呈"火箭尖"的硅尖阵列。各向同性腐蚀采用HNA腐蚀液,腐蚀的硅尖呈埃菲尔铁塔形。通过调整腐蚀液配比,氧化锐化后,硅尖尖端曲率半径小于15nm。该硅尖阵列已成功应用于真空微电子加速度计之中。

PECVD法低温制备二氧化硅薄膜(英文)

针对金属层间介质以及MEMS等对氧化硅薄膜的需求,介绍了采用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)技术,以SiH4和N2O为反应气体,低温制备SiO2薄膜的方法.利用椭偏仪和应力测试系统对制得的SiO2薄膜的厚度、折射率、均匀性以及应力等性能指标进行了测试,探讨了射频功率、反应腔室压力、气体流量比等关键工艺参数对SiO2薄膜性能的影响.结果表明:SiO2薄膜的折射率主要由N2O/SiH4的流量比决定,而薄膜均匀性主要受电极间距以及反应腔室压力的影响.通过优化工艺参数,在低温260℃下制备了折射率为1.45～1.52、均匀性为±0.64%、应力在-350～-16MPa可控的SiO2薄膜.采用该方法制备的SiO2薄膜均匀性好、结构致密、沉积速率快、沉积温度低且应力可控,可广泛应用于集成电路以及MEMS器件中.