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CN103779400A - 一种复合电极及其制备方法 - Google Patents

一种复合电极及其制备方法 Download PDF

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杨维清
王中林
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Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems
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Abstract

本发明提供一种复合电极，包括：电极基板；设置在所述电极基板上表面的微结构阵列；沉积在设置有所述微结构阵列的电极基板表面的导电薄膜层。相应的，本发明还提供一种复合电极制备方法。本发明在电极基板的表面制备了具有微结构阵列的表面修饰层，使电极表面具有微结构阵列，复合电极与其它材料接触或摩擦时，可以有效的增加互相之间的接触面积。

Description

一种复合电极及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，特别是涉及一种复合电极及其制备方法。
背景技术
在半导体器件中，电极的表面结构对器件的性能有重要影响，通常依靠电极材料制备时自然形成的表面与器件的其它部分接触，由于这样形成的电极表面为平整表面，不能满足需要粗糙电极表面以使电极与其它材料接触或摩擦时增大接触面积的需求。
发明内容
本发明提供一种结构简单的表面为微结构阵列的复合电极，包括：
电极基板；
设置在所述电极基板上表面的微结构阵列；
沉积在设置有所述微结构阵列的电极基板表面的导电薄膜层。
优选的，所述微结构阵列选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构的阵列。
优选的，所述微结构阵列的材料选自氧化物半导体材料。
优选的，所述微结构阵列为ZnO纳米线阵列。
优选的，所述微结构阵列的高度在200纳米至2微米之间。
优选的，所述导电薄膜层采用金属薄膜、导电氧化物薄膜。
优选的，所述金属选自Ag、Au、Cu、Al；所述导电氧化物选自铟锡氧化物。
优选的，所述导电薄膜层的厚度在50纳米至400纳米之间。
优选的，所述电极基板为导体。
优选的，所述电极基板为柔性基板。
优选的，所述电极基板与所述导电薄膜层采用相同的材料。
相应的，本发明还提供一种复合电极制备方法，包括步骤：
提供电极基板；
在所述电极基板上表面设置微结构阵列；
在设置有所述微结构阵列的电极基板表面沉积导电薄膜层。
本发明提供的复合电极及其制备方法具有下列有益效果：
1、本发明提供的复合电极，在电极基板的表面制备了具有微结构阵列的表面修饰层，使电极表面具有微结构阵列，有效地增加了电极的表面积和表面能。本发明的复合电极与其它材料接触或摩擦时，可以有效的增加互相之间的接触面积，可以应用在需要增大电极与其它材料接触或摩擦时接触面积的器件如静电脉冲发电机、气敏传感器、燃料电池等器件中。
2、纳米结构的复合电极可以有效地增加电极的表面积和表面能，从而显著地增强了复合电极的表面效应，对器件的小型化、智能化等快速实现具有重要的应用价值和科学意义。
3、采用柔性材料电极基板的复合电极可以作为柔性电极应用在柔性器件上。
4、本发明提供的复合电极制备方法，在电极基板表面设置微结构阵列后再沉积导电薄膜层，各步骤可以根据设计需要精确控制，该方法简便，并可与其它半导体器件制备过程兼容。
附图说明
通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1为本发明复合电极的结构示意图；
图2为本发明复合电极的制备流程图；
图3和图4为制备复合电极过程示意图。
具体实施方式
在半导体器件中，电极的表面结构对器件的性能有重要影响，通常依靠电极材料制备时自然形成的表面与器件的其它部分接触，由于这样形成的电极表面为平整表面，对于需要电极与其它材料接触或摩擦的器件，不能满足电极与其它材料接触或摩擦时增大接触面积的需求。
本发明提供一种可以表面为微结构阵列的的复合电极，其技术方案是在基板表面沉积微结构阵列作为模板，然后再沉积导电薄膜层材料，获得表面具有微结构阵列修饰层的电极。
具体的，可以在电极基板表面采用化学方法制备微结构阵列，然后用物理方法沉积导电薄膜层，以达到增加电极材料表面粗糙度的目的。本发明人认为，这种材料表面的化学和物理综合改性方法获得的纳米阵列结构和另一种材料相互接触时，这些纳米阵列可以插入另一种材料以增加摩擦和接触面积。有研究表明，额外的摩擦和增加的接触面积能够有效地增大接触电荷密度，因此，本发明的复合电极可以应用在静电纳米发电机中，同时作为发电机的一个摩擦层，与其它材料摩擦时可以获得更高的输出功率。在气敏传感器、燃料电池等器件中，采用本发明的复合电极，可以增加气体或液体与电极表面的接触面积，从而可以获得更高的输出。
下面结合附图详细介绍本发明悬臂式脉冲发电机的具体实施方式。
图1为本发明的复合电极结构示意图，所述复合电极包括电极基板10，设置在电极基板10上表面的微结构阵列20，以及沉积在设置有微结构阵列20的电极基板10表面的导电薄膜层30。
本发明中，电极基板10为根据实际需要选择的基板材料，这里不做特别限定，可以为导体、半导体或绝缘体。优选的，电极基板10为导体。更优选的，导电薄膜层30与电极基板10采用相同的材料。
电极基板10的材料可以为硬性的，例如玻璃、铝板等硬性基板，也可以为柔性的，例如PMMA薄膜、铜箔等。采用柔性的电极基板的复合电极可以应用在柔性器件中。
本发明中，微结构阵列20可以为选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构的阵列，其中，每个阵列单元的尺寸在20纳米到2微米之间。微结构阵列20的高度优选在200纳米至2微米之间。
在本发明中，微结构阵列20相当于在电极基板表面设置微结构模板，因此微结构阵列的材料选择无特殊要求，可以为任意能够制备成微米或纳米尺寸微结构的导体、半导体或绝缘体材料，本发明中优选为氧化物半导体材料，例如ZnO、SnO2等半导体材料，更具体的，可以为ZnO纳米线阵列。微结构阵列20可以是采用物理或化学方法直接在电极基板表面上生长获得的微结构阵列，也可以是采用微纳加工技术将预先制备好的微结构直接放置在电极基板的表面来获得微结构阵列。
导电薄膜层30的材料可以选择金属薄膜材料或导电氧化物材料，金属材料优选Ag、Au、Cu、Al等薄膜，导电氧化物薄膜优选为铟锡氧化物（ITO）薄膜。本发明的复合电极中，导电薄膜层30采用溅射、蒸镀等常规薄膜制备方法沉积形成薄膜。导电薄膜层30的沉积厚度范围优选为在50纳米至400纳米之间。
相应的，本发明还提供一种复合电极的制备方法，图2为制备复合电极的流程图，包括：
步骤S1，提供电极基板。
本发明中，电极基板可以为柔性基板，也可以为硬性基板。所述电极基板根据实际器件需要可以为导电基板，也可以为半导体或绝缘体基板。
步骤S2，在所述电极基板的上表面设置微结构阵列。
本发明中，所述微结构阵列的材料可以选择任意能够制备成微米或纳米尺寸微结构的导体、半导体或绝缘体材料。
步骤S3，在设置有所述微结构阵列的电极基板上表面沉积导电薄膜层。
本发明中，所述导电薄膜层可以为金属或导电氧化物薄膜层，该导电薄膜层可以采用溅射、蒸镀等常规薄膜制备方法进行沉积。
本发明提供的复合电极制备方法，在电极基板表面设置微结构阵列后再沉积导电薄膜层，各步骤可以根据需要精确控制，该方法简便，并可与其它半导体器件制备过程兼容。下面以一个具体例子介绍本发明的复合电极的制备过程。
选择铍铜合金片作为电极基板，参见图3，在铍铜合金电极基板10的上表面上采用水热合成法制备ZnO纳米线阵列20，ZnO纳米线基本垂直与电极基板10的表面，ZnO纳米线的长度纳米线的长度约为500纳米。
参见图4，在制备有ZnO纳米线阵列20的电极基板10表面采用磁控溅射方法沉积厚度约为200纳米的Au薄膜层30，在铍铜合金表面获得了具有微结构阵列修饰层，完成复合电极的制备。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (12)

1.一种复合电极，其特征在于，包括：
电极基板；
设置在所述电极基板上表面的微结构阵列；
沉积在设置有所述微结构阵列的电极基板表面的导电薄膜层。
2.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述微结构阵列选自纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构的阵列。
3.根据权利要求1或2所述的复合电极，其特征在于，所述微结构阵列的材料选自氧化物半导体材料。
4.根据权利要求3所述的复合电极，其特征在于，所述微结构阵列为ZnO纳米线阵列。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合电极，其特征在于，所述微结构阵列的高度在200纳米至2微米之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合电极，其特征在于，所述导电薄膜层采用金属薄膜或导电氧化物薄膜。
7.根据权利要求6所述的复合电极，其特征在于，所述金属选自Ag、Au、Cu、Al；所述导电氧化物选自铟锡氧化物。
8.根据权利要求1-7任一项所述的复合电极，其特征在于，所述导电薄膜层的厚度在50纳米至400纳米之间。
9.根据权利要求1-8任一项所述的复合电极，其特征在于，所述电极基板为导体。
10.根据权利要求1-9任一项所述的复合电极，其特征在于，所述电极基板为柔性基板。
11.根据权利要求1-10任一项所述的复合电极，其特征在于，所述电极基板与所述导电薄膜层采用相同的材料。
12.一种复合电极制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供电极基板；
在所述电极基板上表面设置微结构阵列；
在设置有所述微结构阵列的电极基板表面沉积导电薄膜层。
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Application publication date: 20140507