[发明专利]一种纳米间距平面电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在微电子工程中制备电极的方法。

背景技术

微电子工程中制备电极是采用光刻技术。虽然运用光刻技术可以制作出线宽小于100nm的电极图案，但工艺相对复杂，设备造价昂贵。现阶段虽然纳米间距电极设计在科研和生产中得以应用，但因光的衍射效应以及化学腐蚀造成的腐蚀曲面原因使采用光刻技术在制备线宽更细的电极变得更为困难，甚至无法使用。

发明内容

本发明提供一种不采用光刻技术且能在微电子工程中制备纳米间距平面电极的方法。

本发明的纳米间距平面电极制备方法是首先采用静电纺丝装置制备出聚合物分子的电纺丝，再用基片材料收集电纺丝，使电纺丝附着于基片材料表面上，然后在附着有电纺丝的基片表面上用物理或者化学方法沉积一层导电介质薄膜，再将基片材料进行灼烧，去除其上的聚合物电纺丝，得到间距与纺丝直径相近的平面电极。

本发明的纳米间距平面电极的制备中，在用基片材料收集电纺丝时，可先在基片材料表面上涂敷一层酒精，然后将涂敷有酒精的一面与电纺丝接触，这样可以使电纺丝更便于粘结在基片材料的表面。

本发明的纳米间距平面电极的制备中，在对基片材料进行灼烧处理时应在隋性气体的保护下进行，灼烧的温度为略高于电纺丝材料的分解温度。

静电纺丝法也被称为聚合物喷射静电拉伸纺丝法，它与传统方法截然不同。静电纺丝的具体做法是：首先将聚合物溶液或熔体带上几千至上万伏高压静电，带电的聚合物液滴在电场力的作用下在毛细管的锥顶点被加速。当电场力足够大时，聚合物液滴克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置(也就是收集极)上，形成类似非织造布状的纤维毡。在静电纺丝过程中，液滴通常具有一定的静电压并处于一个电场当中，因此，当射流从毛细管末端向接收装置运动时，都会出现加速现象，从而导致了射流在电场中的拉伸，得到极细的纺丝。

在已公开的文献及专利中有许多静电纺丝的内容，如：中国专利申请200710046220.8公开的一种规则化静电纺中空纤维的制备方法，200910089077.X公开的锡碳复合纳米纤维薄膜负极材料及其制备方法，200680021017.9公开的包含至少一层聚合物纳米纤维的纺织品以及通过静电纺丝由聚合物溶液制备聚合物纳米纤维层的方法，200810059548.8公开的聚甲基丙烯酸甲酯/聚苯胺纳米纤维复合电阻型薄膜气敏元件及其制作方法，200410025622.6公开的一种静电纺丝装置及其工业应用，200480025691.5公开的利用静电纺丝从聚合物溶液生产纳米纤维的方法和用于实施该方法的设备，200610028790.X公开的一种气氛可控的静电纺丝装置及其工业应用；以及中国发明专利：200510029612.4公开的一种高取向碳纳米管复合纤维及其制备方法，200610157106.8公开的高效多针静电纺丝喷丝装置，200710036447.4公开的一种可用于大批量生产纳米纤维的喷气式静电纺丝装置，等。

本发明即是利用成熟的电纺丝方法制备出的电纺丝，以电纺丝为模板来制作纳米间距平面电极，并通过退火等高温灼烧处理将作为模板的纺丝分解去除，最终得到纳米间距平面电极。也正是因为这一点，因此，本发明的电纺丝技术中所采用的纺丝材料应当是可在高温下分解的聚合物材料。

并且是通过对电纺丝直径和分布的控制来实现对电极间距、电极宽度和分布的控制，因此在可以得到极细线宽的电极，而且不会产生现有技术中光的衍射问题，也不会产生现有技术中化学腐蚀产生的曲面问题。从本发明的内容还可知，本发明的制备工艺简单、成本低廉。

附图说明

附图1为电纺丝装置的示意图。

附图2为电纺丝过程中纺丝受静电引力的示意图。

附图3为电纺丝附着于基片材料表面的示意图。

附图4为在附着有电纺丝的基片材料表面通过物理或化学的方式沉积导电介质的示意图。

附图5为经灼烧，使电纺丝分解后形成的带有沟道的电极示意图。

附图6为以纺丝为模板制备的平面电极的显微照片，其中：a)四电极在1000倍光学显微镜下的图像；b)平行电极的扫描电子显微镜像。

图中：1为电纺丝装置的电源，2为其内装有溶有聚合物的溶液的注射器，3为电纺丝，4为由硅片构成的纺丝收集极，5为电极的基片材料，6为沉积于基片材料表面和电纺丝表面的导电介质，7为经灼烧后去除了电纺丝形成的沟道。

具体实施方式

以下是本发明的一个具体的实施例：

将0.1g PVP溶解在2ml的酒精中，将制得的溶液注入电纺丝装置的注射器中。纺丝过程中高压发生器提供的电压为12kV，高压发生端同收集装置之间的距离为15cm。其制备过程参见附图1与附图2。在纺丝完成后用涂有酒精的硅片作为基片5来收集纺丝，其具体的做法是将基片5从图1示的两个硅片的收集装置的下方接触纺丝3，使纺丝3粘在基片5的表面上，如图3示。然后采用传统的热蒸发方法在有纺丝排布的硅片上蒸镀铝膜。在这一过程中由于纺丝材料本身的特点，纺丝表面几乎无法蒸镀上铝膜。蒸镀工艺结束后，产物如图4所示。再将表面蒸镀有铝膜的基片5在氩气保护下550℃退火灼烧一小时，使聚合物PVP的纺丝充分分解去除，最终得到了沟道7间距约为100nm的平面电极，如图5所示。再经显微镜下进行分捡挑选，得到适合使用的电极。附图6为最终得到的两种不同类型的电极照片。