[发明专利]一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统（Micro Electro Mechanical System MEMS）技术领域，具体为一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法。

背景技术

随着信息技术的进步，高端电子设备朝小型化、便携式、长寿命方向发展，要求电子设备中的电容器容量大、功率密度高、体积小，然而目前为电子设备供能的微型发电机存在不能持续供能且功率较低的缺陷，而传统的微型电池则存在充放电效率低、循环次数有限、不具备大功率充放电能力且安全性较差等缺点。因此研制具有较大脉冲放电功率、体积小、效率高、充电速度快、循环性能好等特点的微型超级电容器成为国内外研究热点，具有迫切的应用需求和广阔的市场前景。

电极是超级电容器的核心部件，电极的性能与电极表面积密切相关，表面积越大，电容器容量越大，同时与电解液的接触面积也越大，电极活性物质利用率高，大电流放电能力越强。因此研制性能优良的电极是制备高性能微型超级电容器的关键，对于制备满足军民两用需求的微型超级电容器具有十分重要的意义。微型超级电容器的空间有限，若采用常规方法来制备，则其储存的能量非常有限。因此必须在微型超级电容器有限的空间内利用各种方法尽可能多的增加电极表面积，制作三维电极结构能够增大电极表面积，便于在电极上搭载更多活性物质，是一种有效增大电极比电容、提升超级电容器性能的方法。

发明内容

本发明为了解决小型电子设备中微型超级电容器能量密度低，不能满足长时间供电的要求，提供了一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法，包括以下步骤：

S1：选取硅片作为基底，并对硅片进行清洗、烘干；

S2：在硅片上旋涂上光刻胶,然后将硅片和掩膜板通过铸钢架倾斜固定：

S3：对固定好的硅片先进行第一次曝光，然后将硅片在其所在平面内旋转180°，进行第二次曝光；

S4：曝光结束后，对硅片上的光刻胶进行显影，形成“X”型三维电极阵列结构。

S5：在“X”型三维微电极阵列结构表面采用电化学沉积、溅射方法沉积电极活性物质功能薄膜，得到三维微电极。

本发明采用了半导体集成电路的加工工艺——光刻技术，选择硅片作为基材，采用改进的曝光方式——斜光刻技术，并将硅片旋转180°在硅片基底上制备出“X”型三维电极阵列结构，并最终制得三维微电极。“X”型三维电极阵列结构的深宽比高，比表面积大，结构稳定，有效增大电极比电容、提升超级电容器性能，使得超级电容器满足电子设备供电要求。

上述的一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法，硅片清洗时，依次在二甲苯、丙酮、酒精、硫酸、氨水和盐酸溶液中清洗，以去除硅片上的油污、氧化膜和金属离子。

上述的一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法，旋涂光刻胶时，先将硅片加热到45℃，然后进行第一次甩胶并烘干固化，等固化后进行第二次甩胶，完成光刻胶的旋涂，光刻胶可以很好地粘附在硅片上。

上述的一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法，硅片在由铸钢架倾斜固定之前，硅片上的光刻胶先在65℃环境中前烘20min，且曝光结束后，硅片上的光刻胶在50℃环境中后烘 4小时，最后显影。前烘是为了去除光刻胶中的溶剂，减少涂胶时产生的应力，增大光刻胶与基底的结合力。如果胶中溶剂挥发不完全，单位体积内光引发剂所占的百分数较小，曝光后曝光区域产生的酸催化剂较少，烘烤后交联程度不足，使得制备的结构不致密，线宽变小，稳定性变差，容易倒塌。后烘的目的是促使已曝光的光刻胶进一步发生交联，使曝光中形成的潜像转变成稳定的微电极阵列结构。如果后烘不足，则已曝光的光刻胶交联不完全，导致制备的结构出现分辨率低、深宽比小、对基底的附着力较小等问题。

上述的一种可增加MEMS超级电容器电极比表面积的斜光刻方法，第一次曝光时间为70s，第二次曝光时间为70s，曝光效果好。