CN103794524A - 一种在驻极体上图形化驻极的方法 - Google Patents
一种在驻极体上图形化驻极的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103794524A CN103794524A CN201410006782.XA CN201410006782A CN103794524A CN 103794524 A CN103794524 A CN 103794524A CN 201410006782 A CN201410006782 A CN 201410006782A CN 103794524 A CN103794524 A CN 103794524A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- electret
- masking material
- graphical
- life
- masking
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000010287 polarization Effects 0.000 title abstract 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 11
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 10
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 10
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 8
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 7
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 4
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 claims description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 abstract description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 abstract description 2
- 229940058401 polytetrafluoroethylene Drugs 0.000 description 9
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000003306 harvesting Methods 0.000 description 4
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000006008 O'Donnell synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005686 electrostatic field Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G7/00—Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
- H01G7/02—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric
- H01G7/028—Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric having a heterogeneous dielectric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
- Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明公开了属于微电子技术领域的一种在驻极体上图形化驻极的方法。本发明的方法为在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的；驻极体材料的表面电位通过掩模材料层图案被图形化，从而简化了模式的过程。掩模材料层图案图案的线宽由光刻工艺的能力确定。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种在驻极体上图形化驻极的方法。
背景技术
到目前为止，振动能量收集器件有三种主要的机制：压电（J.Kymissis,C.Kendall,J.Paradiso,N.Gershenfeld,“Parasitic Power Harvesting in Shoes”,in Proc.4th Int.Conf.Mater.Eng.Resources,2001,pp.202-207），电磁（C.R.Saha,T.O’Donnell,H.Loder,S.Beeby,and J.Tudor,"Optimization of an Electromagnetic Energy Harvesting Device",IEEE Trans.Magnet.,vol.42,No.10,Oct.2006）和静电（Y.Naruse,N.Matsubara,K.Mabuchi,M.Izumi,K.Honma,"Electrostatic micro power generator from low frequency vibration such as human motion",in Proceedings of PowerMEMS2008+microEMS2008,Sendai,Japan,November9-12,(2008),pp19-22.）。许多静电式结构具有低的工作频率，频带宽的优点，和微加工工艺的兼容性（M.Edamoto,Y.Suzuki,N.Kasagi,K.Kashiwagi,Y.Morizawa,T.Yokoyama,T.Seki,M.Oba"Low-Resonant-Frequency Micro Electret Generator for Energy Harvesting Application",in Proc.IEEE MEMS2009,pp.1059–1062。Y.Sakane,Y.Suzuki,and N.Kasagi,"The Develop-ment of High-performance Perfuluoriented Polymer Electret Film and Its Application to Micro Power Generation",J.Micromech.Microeng.,Vol.18,104011,2008.）。为了获得更高的输出功率和简单的器件结构，驻极体和梳形电极被人们所广泛应用（E.Halvorsen,E.R.Westby,S.Husa,A.Vogl,N.P.Ostbo,V.Leonov,T.Sterken,and T.Kvisteroy,“An Electrostatic Energy Harvester with Electret Bias”,in IEEE Transducers2009,Jun.21–25,2009,pp.1381–1384.）。在这种情况下，驻极体材料是需要的图案和收取梳形形成周期性的静电场。
然而，有些材料，由于其惰性的化学性质（如聚四氟乙烯），难以通过常规的蚀刻过程获得图案。这严重限制了其在静电结构中的其应用。以前报道的方法（S.W.Liu,S.W.Lye,and J.M.Miao,“Sandwich structured electrostatic/electrets parallel-plate power generator for low acceleration and low frequency vibration energy harvesting”,in Proc.IEEE MEMS2012,pp.1277-1280；M.Suzuki,T.Wada,T.Takahashi,“Fabrication of Narrow Comb-Shaped Electret by Removing Charge Using Excimer Laser Beam from Charge-Implanted CYTOP Film for Avoiding Electrostatic Repulsion Problem”,in Proc.IEEE MEMS2012,pp.1229-1232.V.Leonov,R.van Schaijk,and C.Van Hoof,“Charge Retention in a Patterned SiO2/Si3N4Electret”,IEEE Sensors Journal,13(9)2013,pp3369-3376），难以通过刻蚀对驻极体材料进行图形化。例如聚四氟乙烯材料。而聚四氟乙烯材料相比其他材料，价格低廉，具有很高的电阻率，驻极性能更加优秀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在驻极体上图形化驻极的方法。
本发明方法的原理是在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的。
一种在驻极体上图形化驻极的方法，包含以下步骤：
（1）选取掩蔽材料，为在驻极过程中被其覆盖的驻极体不被驻极的材料；
（2）在驻极体上旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形；
（3）在上述图形化的驻极体上生长掩蔽材料，去除光刻胶，完成对掩蔽材料图形化剥离，得到图形化生长掩蔽材料的驻极体；
（4）进行驻极。
所述掩蔽材料的选择方法为：将掩蔽材料称为短寿命驻极体，将要图形化驻极的驻极体称为长寿命驻极体，选择原则为：在经过驻极之后，放置在同一环境下，短寿命驻极体表面电位衰减至刚刚驻极时初值的50%所需的时间小于长寿命驻极体表面电位衰减至其刚刚驻极时初值的50%的20%。
所述掩蔽材料为二氧化硅或氮化硅。
所述驻极体为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯或含氟树脂。
本发明的方法为在驻极体表面生长一层具有掩蔽作用的、易于图形化的材料。驻极体表面被这一种材料遮盖的地方无法被驻极，进而通过图形化掩蔽材料达到图形化驻极的目的；驻极体材料的表面电位通过掩模材料层图案被图形化，从而简化了模式的过程。掩模材料层图案图案的线宽由光刻工艺的能力确定。
附图说明
图1为图形化驻极工艺流程图。
具体实施方式
下面将通过附图和具体实例对本发明的方法进行详细说明。
实施例
如图1所示的图形化驻极工艺流程图，采用SiO2作为掩蔽材料。采用等离子体处理-光刻-淀积-剥离的工艺路线。
本发明的在驻极体上图形化驻极的方法如下：
（1）、将聚四氟乙烯胶带（3MTM聚四氟乙烯薄膜胶带5480）粘在导电衬底作为驻极体膜。
（2）、在20Pa压力，常温，射频功率20W的条件下用氮气等离子体处理聚四氟乙烯胶带。
（3）、旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形。
（4）、用PECVD（等离子增强化学汽相淀积）方法在经过光刻图形化的胶带表面生长二氧化硅薄膜。
（5）、利用剥离技术，用丙酮浸泡方法去除光刻胶，完成对二氧化硅薄膜的图形化剥离。
（6）、电晕驻极，针尖和栅网的电压分别-7000V和-700V，这是由两个直流电压源产生的。样品由热板进行加热，温度为110℃。方法具体见（江键,夏钟福.聚丙烯驻极体的恒流源电晕充电[J].功能材料,1993,3:007。）
在本实施例中，经测定，SiO2层驻极之后衰减至初始电位的50%耗时小于10分钟；而聚四氟乙烯胶带经历40天仍其表面电位仍高于初始电位的95%。因此SiO2层可以作为短寿命驻极体，而聚四氟乙烯胶带可以作为长寿命驻极体。
由于聚四氟乙烯的表面能很低，不能直接涂覆光刻胶。如图1中（b）显示，对聚四氟乙烯膜进行预处理，通过氮等离子体或其他等离子体提高表面能和改善润湿性并旋涂光刻胶。
然后，采用电晕驻极的方法在均匀电场中充电。
Claims (4)
1.一种在驻极体上图形化驻极的方法，其特征在于，包含以下步骤：
（1）选取掩蔽材料，为在驻极过程中被其覆盖的驻极体不被驻极的材料；
（2）在驻极体上旋涂光刻胶，采用光刻工艺进行光刻、显影，得到图形；
（3）在上述图形化的驻极体上生长掩蔽材料，去除光刻胶，完成对掩蔽材料图形化剥离，得到图形化生长掩蔽材料的驻极体；
（4）进行驻极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩蔽材料的选择方法为：将掩蔽材料称为短寿命驻极体，将要图形化驻极的驻极体称为长寿命驻极体，选择原则为：在经过驻极之后，放置在同一环境下，短寿命驻极体表面电位衰减至刚刚驻极时初值的50%所需的时间小于长寿命驻极体表面电位衰减至其刚刚驻极时初值的50%的20%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述掩蔽材料为二氧化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驻极体为聚四氟乙烯、偏聚氟乙烯或含氟树脂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410006782.XA CN103794524B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种在驻极体上图形化驻极的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410006782.XA CN103794524B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种在驻极体上图形化驻极的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103794524A true CN103794524A (zh) | 2014-05-14 |
| CN103794524B CN103794524B (zh) | 2016-04-06 |
Family
ID=50670066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410006782.XA Active CN103794524B (zh) | 2014-01-07 | 2014-01-07 | 一种在驻极体上图形化驻极的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103794524B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104058364A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-24 | 杭州电子科技大学 | 一种图形化薄膜驻极体的制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1953315A (zh) * | 2006-09-30 | 2007-04-25 | 北京大学 | 一种加工基于无机驻极体的mems微发电机的方法 |
| JP2011050212A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Asahi Glass Co Ltd | 静電誘導型発電素子およびその製造方法 |
| CN103204458A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 西安交通大学 | 一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法 |
| CN103240945A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-08-14 | 杭州电子科技大学 | 一种复合聚合物驻极体的制备方法 |
-
2014
- 2014-01-07 CN CN201410006782.XA patent/CN103794524B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1953315A (zh) * | 2006-09-30 | 2007-04-25 | 北京大学 | 一种加工基于无机驻极体的mems微发电机的方法 |
| JP2011050212A (ja) * | 2009-08-28 | 2011-03-10 | Asahi Glass Co Ltd | 静電誘導型発電素子およびその製造方法 |
| CN103204458A (zh) * | 2013-03-14 | 2013-07-17 | 西安交通大学 | 一种基于紫外光固化驻极体的自组装方法 |
| CN103240945A (zh) * | 2013-03-19 | 2013-08-14 | 杭州电子科技大学 | 一种复合聚合物驻极体的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| HEIKO O. JACOBS, GEORGE M. WHITESIDES: "Submicrometer Patterning of Charge in Thin-Film Electrets", 《SCIENCE》 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104058364A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-24 | 杭州电子科技大学 | 一种图形化薄膜驻极体的制备方法 |
| CN104058364B (zh) * | 2014-06-13 | 2016-03-23 | 杭州电子科技大学 | 一种图形化薄膜驻极体的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103794524B (zh) | 2016-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | A multi-frequency vibration-based MEMS electromagnetic energy harvesting device | |
| Zhou et al. | Harvesting ambient environmental energy for wireless sensor networks: A survey | |
| CN103107737A (zh) | 压电摩擦复合式微纳发电机及其制备方法 | |
| Xu et al. | Spray coating of polymer electret with polystyrene nanoparticles for electrostatic energy harvesting | |
| CN103794524A (zh) | 一种在驻极体上图形化驻极的方法 | |
| Ali et al. | A silicone based piezoelectric and electromagnetic hybrid vibration energy harvester | |
| KR20190058187A (ko) | 마찰대전 전력생산 파우치 및 이의 제조방법 | |
| Kottapalli et al. | MEMS/NEMS-enabled energy harvesters as self-powered sensors | |
| CN111952436B (zh) | 一种无源压电自供能单元结构的制备工艺 | |
| Wang et al. | A micro electromagnetic vibration energy harvester with sandwiched structure and air channel for high energy conversion efficiency | |
| Crovetto et al. | MEMS fabricated energy harvesting device with 2D resonant structure | |
| Gupta et al. | Fabrication of micro-cantilever and its theoretical validation for energy harvesting applications | |
| Tao et al. | A three-dimensional electrostatic/electret micro power generator for low acceleration and low frequency vibration energy harvesting | |
| Ambrożkiewicz et al. | ENERGY HARVESTING–NEW GREEN ENERGY | |
| Luo et al. | MEMS electrostatic energy harvesting device with spray coated electret | |
| Rase et al. | A wrist-band coupled, human skin based triboelectric generator for harvesting biomechanical energy | |
| CN108059123B (zh) | 一种电磁式振动能量收集器及其制备方法 | |
| Tiwari et al. | Study of different energy scavenging techniques through vibration and its micro power applications | |
| Dixit et al. | A survey of energy harvesting technologies | |
| KR20130035703A (ko) | 레이저 리프트오프를 이용한 플렉서블 박막 나노제너레이터 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 박막 나노제너레이터 | |
| Bian et al. | Micro pattern of charge in PTFE electret for energy harvesters | |
| Vyas | On-chip electrochemical capacitors and piezoelectric energy harvesters for self-powering sensor nodes | |
| Tao et al. | Broadband energy harvesting using a nonlinear 2DOF MEMS electret power generator | |
| Feng et al. | An Interventional Microfabrication Process for Integration of Commercial Piezoelectric Films and Micro Structures for Ultra-Low Frequency Energy Harvesting | |
| CN104426424A (zh) | 一种宽频振动能量采集器结构及其制造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |