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微小型、长寿命、高可靠、高性能的微能源器件是实现储能系统中信息化、智能化、集成化与微型化的重要发展趋势和共性核心技术之一。然而,当前智能微能源存在的关键问题是智能系统中微小型器件装备的功能越来越强大、体积越来越小,对所需的电源提出了更小体积、更大表面积、更长寿命、更大可靠性、更低成本等要求,特别是微机械加工(MEMS)技术的成功应用,电源体积大、储能密度大、环境适应性差等问题更为凸显。为了解决这些问题,目前许多新的工艺方法和结构设计正得到广泛的研究。基于MEMS技术的微型电容器不仅具备MEMS技术的微小型化特征,而且具有重量轻、能量密度高、环境适应性强、无污染和可靠性高等特点,旨在为微能源储能系统、物联网系统和交通运输等领域中提供实验基础和理论指导。 本论文系统的研究了MEMS电容器的储能机理,利用ANSYS12.0和COMSOLMutiphysics4.0a软件对器件结构和电学特性进行初步的仿真,得到器件加工的合理尺寸和参数,并且结合微机械加工技术,主要选择金属薄膜为刻蚀掩膜材料,利用其材料大的刻蚀选择比,采用深反应离子刻蚀技术形成高深宽比整列式垂直深槽,结合原子层沉积技术沉积均匀、致密的高可靠性high-k介质材料,并通过多步氧化-刻蚀循环技术减小器件内部表面粗糙度,加工出不同尺寸结构硅基静电式MEMS电容器。实验结果表明:相对于5μm槽宽和8μm槽宽深槽结构,10μm槽宽深槽结构表面具有较小的粗糙度和较高的侧壁垂直度,为MEMS电容器的成功制造提供了更好的稳定性和可靠性。并且在深反应离子刻蚀过程中通过将钝化过程中的气体O2进行去除与保留对深槽结构进行研究。研究表明:钝化气体O2的加入增大了结构侧壁的保护能力,防止了横向刻蚀现象的产生,有利于促进结构的稳定性。 本论文利用自制的半导体参数测试系统平台,利用探针台对器件的上下电极进行两电极系统连接,选择HP4284A矢量阻抗分析仪、温控仪分别对器件的电学特性和温度变化特性进行初步的测试。测试结果表明:在一定频率中,随着扫描电压的增加,10μm槽宽的静电式MEMS电容器表现出更大的电容值和更小的漏电流,并且随着温度的增加,10μm槽宽的静电式MEMS电容器具有较高的工作温度,即较大的环境适应性。