[发明专利]等离子体发生器电极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，尤其涉及一种等离子体发生器电极及其制造方法。

背景技术

等离子体是一种物质的存在形态，含有大量的带正负电荷的粒子且具有较高的物理、化学活性，因此被广泛应用于薄膜生成、结构刻蚀、表面处理、有害气体分解等领域。各种等离子体应用从本质上讲都是能量的转移，为了提高等离子体的应用效率，需要在同样的驱动条件下提高等离子体发生器产生的电子/离子密度。传统的等离子体发生方式包括高能量射线如X射线、加热激发、激光等，其安全性的保障有较高难度。相对较为安全稳定的方式为高强电场下的气体放电产生等离子体，安全方面难度主要集中在高电压驱动，机理方面主要问题在于正常气压下气体放电的可控性和效率低，应用方面主要问题在于放电产生的等离子体分布不均匀，容易产生流柱消耗能量，很难在发生器外的空间维持足够的带电粒子密度。

为了解决上述技术问题，针对性的方案被提出。比如，针对高电压，利用较小的电极间距可以在一定的电压条件下获得更高的电场强度或者减小了一定电场强度条件下所需加载的电压，但是相应地，减少了带电粒子在空间中的碰撞几率从而抑制了整体上放电产生等离子体的效率，或者缩小了等离子体的分布区间从而制约了其应用范围；降低放电气压，不仅需要复杂的真空系统，同时制约了应用范围；减少集中放电和流柱产生引入了介质阻挡放电，一般仅在平行电极间形成细丝电流，无法达到较大空间范围的带电粒子分布，目前该方向研究的重点在于所需的脉冲激励或高频高压电源的相关技术难题。

发明内容

本发明提出了一种等离子体发生器电极及其制造方法，以在较低电压驱动的条件下高效率地形成较大范围的高密度等离子体分布。

为了解决上述问题，本发明提供一种等离子体发生器电极，包括：

基底；

柱状结构阵列，形成在所述基底上,所述柱状结构阵列包括若干柱状结构；

针状结构阵列，形成在所述若干柱状结构外的所述基底上以及所述若干柱状结构的底部，所述针状结构阵列包括若干针状结构。

其中，所述针状结构的高度远低于所述柱状结构的高度。

在本发明的一个实施例中，所述若干柱状结构的顶端和/或侧壁上也形成有针状结构。

在本发明的一个实施例中，所述针状结构的顶端与金属颗粒形成异质结结构。

在本发明的一个实施例中，单个柱状结构的长径比不小于2，高度不小于100微米。

在本发明的一个实施例中，所述柱状结构阵列中相邻柱状结构之间的间距不小于所述柱状结构的直径。

在本发明的一个实施例中，单个针状结构的长径比不小于10，直径不大于10微米。

在本发明的一个实施例中，所述柱状结构阵列由所述基底通过刻蚀形成。

在本发明的一个实施例中，所述刻蚀采用图形化的催化剂薄膜作为催化剂。

在本发明的一个实施例中，所述图形化的催化剂薄膜包括下层薄膜，所述下层薄膜与基底接触，所述下层薄膜的材料为贵金属，用于催化所述基底的刻蚀。

在本发明的一个实施例中，所述图形化的催化剂薄膜还包括上层薄膜，所述上层薄膜位于所述下层薄膜上，所述上层薄膜的材料为铁、金、银、钛、钯、镍、镓、锌及其合金和/或氧化物中的任一种或其结合，用于催化所述针状结构的生长。

在本发明的一个实施例中，所述基底为硅片。

同时本发明还提供了一种等离子体发生器电极的制造方法，包括以下步骤：

S1:提供一基底；

S2:在所述基底上形成柱状结构阵列，所述柱状结构阵列包括若干柱状结构；

S3:在所述若干柱状结构外的所述基底上以及所述若干柱状结构的底部形成针状结构阵列，所述针状结构阵列包括若干针状结构。

在本发明的一个实施例中，在步骤S3中，所述针状结构还形成在所述柱状结构的顶端和/或侧壁上。

在本发明的一个实施例中，还包括步骤S4：在所述针状结构的顶端形成金属颗粒-针状结构的异质结结构。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S1与步骤S2之间还包括步骤S12：在所述基底上沉积催化剂薄膜并图形化该催化剂薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S2具体为：由图形化的催化剂薄膜在刻蚀液中催化刻蚀所述基底形成所述柱状结构阵列。

在本发明的一个实施例中，所述步骤S3具体为：以所述图形化的催化剂薄膜作为催化剂，催化所述针状结构的生长，形成针状结构阵列。