阅读说明：本技术 一种具有微米结构的电极的制作方法 (Method for manufacturing electrode with micron structure ) 是由 陈战东 于 2019-11-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及放电设备电极制作技术领域,具体为一种具有微米结构的电极的制作方法,包括清洗硅片、预烘、匀胶、前烘、曝光、显影与清洗、后烘和蒸镀金属膜共八个步骤。本发明充分运用光刻和镀膜技术制得具有微米结构的电极,用这种电极代替现有等离子体放电设备的负电极,接着将样品放置于该负电极之上,待等离子体放电设备通电后,由于负电极具有微米立体图形阵列,因此会产生不均匀的电场,在该不均匀电场的控制下,等离子体放电设备将依据负电极的微米立体图形阵列对样品薄膜表面进行微米尺度的处理,实现了对材料薄膜表面的可控处理。本发明具有制作成本低廉、方法简便、使用简单等优点。(The invention relates to the technical field of electrode manufacturing of discharge equipment, in particular to a manufacturing method of an electrode with a micron structure. The invention fully uses photoetching and film coating technology to prepare the electrode with the micron structure, the electrode is used for replacing the negative electrode of the existing plasma discharge equipment, then a sample is placed on the negative electrode, after the plasma discharge equipment is electrified, the negative electrode has a micron three-dimensional pattern array, so that an uneven electric field can be generated, and under the control of the uneven electric field, the plasma discharge equipment carries out micron scale treatment on the surface of the sample film according to the micron three-dimensional pattern array of the negative electrode, thereby realizing the controllable treatment on the surface of the material film. The invention has the advantages of low manufacturing cost, simple method, simple use and the like.)

一种具有微米结构的电极的制作方法

技术领域

本发明涉及放电设备电极制作技术领域，具体为一种具有微米结构的电极的制作方法。

背景技术

现有的等离子体表面处理设备都是通过阴极和阳极之间的高压电将气体电离形成等离子体，等离子体中的阳离子在两极间电场的驱动下，轰击置于阳极上方的样品薄膜表面，实现了对样品薄膜表面的处理。然而由于现有设备的阳极和阴极均采用平板金属板，所以电场在两个电极表面的附近区域分布均匀，导致阳离子流对样品薄膜表面的轰击也是均匀的，因此并不能对样品薄膜表面实现可控处理，即不能按照技术人员的要求改变材料原本的光电、疏水等特性。若过后再采用电子束刻蚀等技术对材料薄膜表面进行可控处理，由于这类设备的价格极其昂贵，导致制作成本过高，因此也不具备大规模推广使用的条件。

发明内容

针对上述的问题，本发明一种具有微米结构的电极的制作方法，充分运用光刻技术和镀膜技术，首先将负性光刻胶旋涂于高阻硅片上，再通过中间具有图形阵列网格结构的掩膜版对高阻硅片的其中一面进行光刻，使得硅片的光刻面具有微米立体图形阵列，然后运用等离子体溅射镀膜技术在硅片的光刻面蒸镀上一层金属薄膜，从而制得具有微米结构的电极。最后用这种电极代替现有等离子体放电设备的负电极，接着将样品放置于该负电极之上，待等离子体放电设备通电后，由于负电极具有微米立体图形阵列因此会产生不均匀的电场，即对电极间的电场分布进行了调控进而对等离子体流实现了调控，从而在该不均匀电场的控制下，等离子体放电设备将依据负电极的微米立体图形阵列对样品薄膜表面进行微米尺度的处理，实现了对材料薄膜表面的可控处理。本发明具有制作成本低廉、方法简便、使用简单等优点，有效解决了上述问题。

本发明采用的技术方案：

一种具有微米结构的电极的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1）清洗硅片：将高阻硅片放入盛有酒精的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机中清洗5min-15min，清洗结束后用镊子将高阻硅片夹出并用氮气吹干高阻硅片表面残留的酒精溶液；

步骤（2）预烘：将清洗干净的高阻硅片放入陶瓷坩埚内，再将陶瓷坩埚放入烘箱进行第一次烘烤；

步骤（3）匀胶：将硅片从烘箱中取出后放置在常温环境中，待其自然冷却后再放入匀胶机吸盘中进行旋涂；

步骤（4）前烘：将旋涂过光刻胶的硅片置于坩埚中，将坩埚用锡纸包住后放入烘箱中进行第二次烘烤；

步骤（5）曝光：运用光刻机对完成前烘的硅片进行曝光光刻，即把掩膜版放置在硅片的正上方，将紫外线光源中心对准掩膜版曝光，曝光时间为3s-4s；

步骤（6）显影与清洗：将曝光后的硅片浸没在显影液中25s-35s，待显影液充分显影后取出硅片放入去离子水中清洗20s-40s，清洗结束后用氮气吹干硅片表面的去离子水；

步骤（7）后烘：将显影后的硅片放入烘箱中进行第三次烘烤；

后烘是为了提高光刻胶对硅片的附着力，同时也可以提高光刻胶薄膜的耐腐蚀能力，这样有助于后面步骤的化学腐蚀时，依然可以保持良好的性能。

步骤（8）蒸镀金属膜：采用等离子体溅射镀膜技术给光刻后的硅片镀上一层金属膜。

进一步的，所述高阻硅片的电阻率大于2000Ωcm。

进一步的，所述第一次烘烤温度为90℃-100℃、时间15min-20min，第二次烘烤温度为110℃、时间25min-35min，第三次烘烤温度为100℃、时间3min-5min。

进一步的，所述旋涂是指将光刻胶滴入硅片中心处直至光刻胶布满整个硅片，按下匀胶机的匀胶开关，在400r/min-500r/min的转速条件下预匀8s-10s，然后再提高转速到3500r/min-5000r/min继续旋转25s-35s，直至光刻胶的厚度为3μm-8μm。

进一步的，所述光刻胶为RFJ-210负性光刻胶。

进一步的，所述掩膜版为四方形且中间设置有图形阵列，所述图形阵列由M行和N列的图形组成，其中10⁴≤M≤10⁵且为整数，10⁴≤N≤10⁵且为整数，所述图形为任意形状，所述图形的垂直长度L1范围为1μm-10μm，水平宽度L2范围为1μm-10μm，每两个所述图形之间的横向间距d1为5μm-100μm，每两个所述图形之间的纵向间距d2为5μm-100μm。

电极的微米立体图形阵列由掩膜版的图形阵列决定，所述图形包括四方形、圆形、椭圆形或者三角形等一切规则或不规则的形状。

进一步的，所述等离子体溅射镀膜技术包括以下步骤：

第一步：将光刻后的硅片夹在等离子体实验仪的基片台上，调节基片台高度，使基片台与金属靶材相距10mm-15mm，盖上真空室的盖子；

第二步：依次打开等离子体实验仪的总电源、冷却水、真空泵、电阻真空计按钮，然后打开直流溅射旋钮，此时溅射进气旋钮必须保持关紧状态；

第三步：待真空室的压强降到10Pa-20Pa，拧开工作气瓶的开关旋钮，打开溅射进气旋钮，调节溅射进气旋钮与直流溅射旋钮，使真空室的压强稳定在30Pa-50Pa；

第四步：打开高压电源开关，旋转高压调节粗调旋钮，将真空室两电极间的电压控制在400V-500V，电流控制在10mA-20mA，依据直流溅射原理对硅片镀上一层厚度为h1的金属薄膜，镀膜时间为30min-50min；

第五步：镀膜结束后，先旋转高压调节粗调旋钮将真空室的电压调为零，再关闭高压电源开关，然后依次关闭溅射进气旋钮、直流溅射旋钮、电阻真空计、真空泵、冷却水、总电源、工作气瓶的开关旋钮；

第六步：松开真空室的进气旋钮，缓慢充入大气，取下真空室的盖子，用镊子将完成镀膜的硅片取出放入样品盒中；

第七步：先用去胶液洗掉硅片上的光刻胶，然后再用去离子水将硅片冲洗干净，具有微米结构的电极即制备完成。

进一步的，所述金属靶材包括铜、铝、锌。

进一步的，所述工作气瓶为氩气气瓶或氮气气瓶。

进一步的，所述金属薄膜厚度h1为3μm-8μm。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果：

本发明一种具有微米结构的电极的制作方法，充分运用光刻技术和镀膜技术，首先制得具有微米结构的电极，再用这种电极代替现有等离子体放电设备的负电极，由于该负电极具有微米立体图形阵列因此会产生不均匀的电场，在该不均匀电场的控制下，等离子体放电设备将依据负电极的微米立体图形阵列对样品薄膜表面进行微米尺度的处理，实现了对材料薄膜表面的可控处理。与现有技术相比，本发明具有制作成本低廉、方法简便、使用简单、可大批量生产等优点，因此具有大规模推广应用的前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 电极制作方法流程图；

图2 中间为正方形图形阵列的掩膜版；

图3 中间为长方形图形阵列的掩膜版；

图4中间为圆形图形阵列的掩膜版；

图5电极实际应用的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种具有微米结构的电极的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤（1）清洗硅片：将电阻率大于2000Ωcm的高阻硅片放入盛有酒精的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机中清洗5min，清洗结束后用镊子将高阻硅片夹出并用氮气吹干高阻硅片表面残留的酒精溶液；

步骤（2）预烘：将清洗干净的高阻硅片放入陶瓷坩埚内，再将陶瓷坩埚放入烘箱进行烘烤，烘烤温度为90℃、时间15min；

步骤（3）匀胶：将硅片从烘箱中取出后放置在常温环境中，待其自然冷却后再放入匀胶机吸盘中进行旋涂，所述旋涂是指将光刻胶滴入硅片中心处直至光刻胶布满整个硅片，按下匀胶机的匀胶开关，在400r/min的转速条件下预匀8s，然后再提高转速到3500r/min继续旋转25s，直至光刻胶的厚度为3μm，所述光刻胶为RFJ-210负性光刻胶；

步骤（4）前烘：将旋涂过光刻胶的硅片置于坩埚中，将坩埚用锡纸包住后放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为110℃、时间25min；

步骤（5）曝光：运用光刻机对完成前烘的硅片进行曝光光刻，即把掩膜版放置在硅片的正上方，将紫外线光源中心对准掩膜版曝光，曝光时间为3s，如图2所示，所述掩膜版为四方形且中间设置有正方形图形阵列，所述正方形图形阵列由M行和N列的正方形组成，其中M=10⁴、N=10⁴，所述正方形的边长L1=L2=1μm，每两个所述正方形之间的横向间距d1为5μm，每两个所述正方形之间的纵向间距d2为5μm；

步骤（6）显影与清洗：将曝光后的硅片浸没在显影液中25s，待显影液充分显影后取出硅片放入去离子水中清洗20s，清洗结束后用氮气吹干硅片表面的去离子水；

步骤（7）后烘：将显影后的硅片放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100℃、时间3min；

步骤（8）蒸镀金属膜：采用等离子体溅射镀膜技术给光刻后的硅片镀上一层金属膜，所述等离子体溅射镀膜技术包括以下步骤：

第一步：将光刻后的硅片夹在等离子体实验仪的基片台上，调节基片台高度，使基片台与铜靶相距10mm，盖上真空室的盖子；

第二步：依次打开等离子体实验仪的总电源、冷却水、真空泵、电阻真空计按钮，然后打开直流溅射旋钮，此时溅射进气旋钮必须保持关紧状态；

第三步：待真空室的压强降到10Pa，拧开氩气气瓶的开关旋钮，打开溅射进气旋钮，调节溅射进气旋钮与直流溅射旋钮，使真空室的压强稳定在30Pa；

第四步：打开高压电源开关，旋转高压调节粗调旋钮，将真空室两电极间的电压控制在400V，电流控制在10mA，依据直流溅射原理对硅片镀上一层厚度为3μm的铜薄膜，镀膜时间为30min；

第五步：镀膜结束后，先旋转高压调节粗调旋钮将真空室的电压调为零，再关闭高压电源开关，然后依次关闭溅射进气旋钮、直流溅射旋钮、电阻真空计、真空泵、冷却水、总电源、工作气瓶的开关旋钮；

第六步：松开真空室的进气旋钮，缓慢充入大气，取下真空室的盖子，用镊子将完成镀膜的硅片取出放入样品盒中；

第七步：先用去胶液洗掉硅片上的光刻胶，然后再用去离子水将硅片冲洗干净，具有微米正方柱立体结构的电极即制备完成。

如图5所示，将该微米电极替换原等离子体放电设备的负电极，将样品基底放置在微米电极的铜薄膜上，通电后，由于负电极具有微米正方柱立体结构，因此负电极附近会产生不均匀的电场，从而在该不均匀电场的控制下，等离子体放电设备将依据负电极的微米正方柱立体结构对样品薄膜表面进行相应的微米尺度处理，实现了对样品薄膜表面的可控处理。

实施例2：

一种具有微米结构的电极的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤（1）清洗硅片：将电阻率大于2000Ωcm的高阻硅片放入盛有酒精的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机中清洗15min，清洗结束后用镊子将高阻硅片夹出并用氮气吹干高阻硅片表面残留的酒精溶液；

步骤（2）预烘：将清洗干净的高阻硅片放入陶瓷坩埚内，再将陶瓷坩埚放入烘箱进行烘烤，烘烤温度为100℃、时间20min；

步骤（3）匀胶：将硅片从烘箱中取出后放置在常温环境中，待其自然冷却后再放入匀胶机吸盘中进行旋涂，所述旋涂是指将光刻胶滴入硅片中心处直至光刻胶布满整个硅片，按下匀胶机的匀胶开关，在500r/min的转速条件下预匀10s，然后再提高转速到5000r/min继续旋转35s，直至光刻胶的厚度为8μm，所述光刻胶为RFJ-210负性光刻胶；

步骤（4）前烘：将旋涂过光刻胶的硅片置于坩埚中，将坩埚用锡纸包住后放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为110℃、时间35min；

步骤（5）曝光：运用光刻机对完成前烘的硅片进行曝光光刻，即把掩膜版放置在硅片的正上方，将紫外线光源中心对准掩膜版曝光，曝光时间为4s，如图4所示，所述掩膜版为四方形且中间设置有圆形图形阵列，所述圆形图形阵列由M行和N列的圆形组成，其中M=10⁵，N=10⁵，所述圆形直径为10μm，每两个所述圆形之间的横向间距d1为100μm，每两个所述圆形之间的纵向间距d2为100μm；

步骤（6）显影与清洗：将曝光后的硅片浸没在显影液中35s，待显影液充分显影后取出硅片放入去离子水中清洗40s，清洗结束后用氮气吹干硅片表面的去离子水；

步骤（7）后烘：将显影后的硅片放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100℃、时间5min；

步骤（8）蒸镀金属膜：采用等离子体溅射镀膜技术给光刻后的硅片镀上一层金属膜，所述等离子体溅射镀膜技术包括以下步骤：

第一步：将光刻后的硅片夹在等离子体实验仪的基片台上，调节基片台高度，使基片台与铝靶材相距15mm，盖上真空室的盖子；

第二步：依次打开等离子体实验仪的总电源、冷却水、真空泵、电阻真空计按钮，然后打开直流溅射旋钮，此时溅射进气旋钮必须保持关紧状态；

第三步：待真空室的压强降到20Pa，拧开氩气气瓶的开关旋钮，打开溅射进气旋钮，调节溅射进气旋钮与直流溅射旋钮，使真空室的压强稳定在50Pa；

第四步：打开高压电源开关，旋转高压调节粗调旋钮，将真空室两电极间的电压控制在500V，电流控制在20mA，依据直流溅射原理对硅片镀上一层厚度为8μm的铝薄膜，镀膜时间为50min；

第五步：镀膜结束后，先旋转高压调节粗调旋钮将真空室的电压调为零，再关闭高压电源开关，然后依次关闭溅射进气旋钮、直流溅射旋钮、电阻真空计、真空泵、冷却水、总电源、工作气瓶的开关旋钮；

第六步：松开真空室的进气旋钮，缓慢充入大气，取下真空室的盖子，用镊子将完成镀膜的硅片取出放入样品盒中；

第七步：先用去胶液洗掉硅片上的光刻胶，然后再用去离子水将硅片冲洗干净，具有微米圆柱立体结构的电极即制备完成。

如图5所示，将该微米电极替换原等离子体放电设备的负电极，将样品基底放置在微米电极的铝薄膜上，通电后，由于负电极具有微米圆柱立体结构，因此负电极附近会产生不均匀的电场，从而在该不均匀电场的控制下，等离子体放电设备将依据负电极的微米圆柱立体结构对样品薄膜表面进行相应的微米尺度处理，实现了对样品薄膜表面的可控处理。

实施例3：

一种具有微米结构的电极的制作方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤（1）清洗硅片：将电阻率大于2000Ωcm的高阻硅片放入盛有酒精的烧杯中，再将烧杯放入超声波清洗机中清洗10min，清洗结束后用镊子将高阻硅片夹出并用氮气吹干高阻硅片表面残留的酒精溶液；

步骤（2）预烘：将清洗干净的高阻硅片放入陶瓷坩埚内，再将陶瓷坩埚放入烘箱进行烘烤，烘烤温度为95℃、时间18min；

步骤（3）匀胶：将硅片从烘箱中取出后放置在常温环境中，待其自然冷却后再放入匀胶机吸盘中进行旋涂，所述旋涂是指将光刻胶滴入硅片中心处直至光刻胶布满整个硅片，按下匀胶机的匀胶开关，在450r/min的转速条件下预匀9s，然后再提高转速到4000r/min继续旋转30s，直至光刻胶的厚度为6μm，所述光刻胶为RFJ-210负性光刻胶；

步骤（4）前烘：将旋涂过光刻胶的硅片置于坩埚中，将坩埚用锡纸包住后放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为110℃、时间30min；

步骤（5）曝光：运用光刻机对完成前烘的硅片进行曝光光刻，即把掩膜版放置在硅片的正上方，将紫外线光源中心对准掩膜版曝光，曝光时间为3.5s，如图3所示，所述掩膜版为四方形且中间设置有长方形图形阵列，所述长方形图形阵列由M行和N列的长方形组成，其中M=5*10⁴，N=6*10⁴，所述长方形的长度L1为4μm，宽度L2为7μm，每两个所述长方形之间的横向间距d1为50μm，每两个所述长方形之间的纵向间距d2为60μm；

步骤（6）显影与清洗：将曝光后的硅片浸没在显影液中30s，待显影液充分显影后取出硅片放入去离子水中清洗30s，清洗结束后用氮气吹干硅片表面的去离子水；

步骤（7）后烘：将显影后的硅片放入烘箱中进行烘烤，烘烤温度为100℃、时间4min；

步骤（8）蒸镀金属膜：采用等离子体溅射镀膜技术给光刻后的硅片镀上一层锌膜，所述等离子体溅射镀膜技术包括以下步骤：

第一步：将光刻后的硅片夹在等离子体实验仪的基片台上，调节基片台高度，使基片台与锌靶材相距12mm，盖上真空室的盖子；

第二步：依次打开等离子体实验仪的总电源、冷却水、真空泵、电阻真空计按钮，然后打开直流溅射旋钮，此时溅射进气旋钮必须保持关紧状态；

第三步：待真空室的压强降到15Pa，拧开氮气气瓶的开关旋钮，打开溅射进气旋钮，调节溅射进气旋钮与直流溅射旋钮，使真空室的压强稳定在40Pa；

第四步：打开高压电源开关，旋转高压调节粗调旋钮，将真空室两电极间的电压控制在450V，电流控制在15mA，依据直流溅射原理对硅片镀上一层厚度为6μm的锌薄膜，镀膜时间为40min；

第五步：镀膜结束后，先旋转高压调节粗调旋钮将真空室的电压调为零，再关闭高压电源开关，然后依次关闭溅射进气旋钮、直流溅射旋钮、电阻真空计、真空泵、冷却水、总电源、工作气瓶的开关旋钮；

第六步：松开真空室的进气旋钮，缓慢充入大气，取下真空室的盖子，用镊子将完成镀膜的硅片取出放入样品盒中；

第七步：先用去胶液洗掉硅片上的光刻胶，然后再用去离子水将硅片冲洗干净，具有微米长方柱立体结构的电极即制备完成。

如图5所示，将该微米电极替换原等离子体放电设备的负电极，将样品基底放置在微米电极的锌薄膜上，通电后，由于负电极具有微米长方柱立体结构，因此负电极附近会产生不均匀的电场，从而在该不均匀电场的控制下，等离子体放电设备将依据负电极的微米长方柱立体结构对样品薄膜表面进行相应的微米尺度处理，实现了对样品薄膜表面的可控处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。