超高电荷密度驻极体及其制作方法技术

公开了一种超高电荷密度驻极体。所述超高电荷密度驻极体包括具有多个侧壁的三维结构。在所述多个侧壁上形成多孔二氧化硅膜，并且所述多孔二氧化硅膜是利用多个正或负离子充电的。

Ultra-high charge density electret and its fabrication method

A super high charge density electret is disclosed. The ultra-high charge density electret comprises a three-dimensional structure with multiple sidewalls. A porous silica film is formed on the plurality of side walls, and the porous silica film is charged by a plurality of positive or negative ions.

【技术实现步骤摘要】
超高电荷密度驻极体及其制作方法
技术介绍
驻极体（electret）是具有准永久嵌入式静电荷和/或准永久极化偶极子的介电材料。特别地，在许多商业和技术应用中利用驻极体材料，这些商业和技术应用诸如例如是静电感测应用（例如，驻极体麦克风、复印机）、信号传输应用（例如，在30kHz及以下处进行操作的ULF/VLF发射机）以及能量采集应用（例如，从诸如环境振动、风、热或光之类的外部源导出能量）。驻极体材料的性能与该材料的每单位空间体积的电荷密度（或C/m3）成比例。然而，由于静电荷经常仅可以被放置在所涉及的驻极体材料的表面上，因此经常按照单位空间面积（或C/m2）表达这些驻极体材料的电荷密度。特别地，在某些应用中利用具有更高电荷密度的现存驻极体材料以最大化所涉及的应用设备的性能。然而，驻极体的最大电荷密度主要由驻极体的介电材料与周围空气之间的电击穿阈值水平限制。传统的驻极体研究和开发已经主要被限制到具有约30mC/m2的最大电荷密度的二维或平坦表面材料。然而，由于离子化电荷的浅穿透深度，这些二维表面的电荷密度被认为相对较低。特别地，在许多商业和防御应用中，要求利用具有比30mC/m2高得多的电荷密度的驻极体材料的电子或机电设备。例如，在被用于关键长距离和水下通信的VLF信号传输应用中，要求利用具有大于1C/m2的等效电荷密度的驻极体材料的VLF传输设备。在这点上，对于其中期望穿过某些导电介质（例如水、金属、岩石、建筑材料等等）的信号渗透的应用而言，ULF/VLF传输是特别有用的。而且，ULF/VLF传输对于长程通信应用而言非常有用，这是因为这些频率范围中的信号可以耦合到虚拟的电离层到地“波导”，该“波导”环绕地球并以非常少的衰减绕地球传播这种信号。驻极体材料一般被分离成两个组：有机驻极体材料（例如，聚合物）；以及无机驻极体材料（例如，二氧化硅）。聚合物驻极体材料一般具有低电荷密度（小于5mC/m2）。而且，聚合物材料不与传统的微机电系统（MEMS）制造过程兼容，并因而可能例如在阵列的扩缩中呈现令人畏惧的设计挑战。二氧化硅驻极体材料的显著优势是：它们与现存的硅MEMS制造过程兼容，且典型地具有比有机驻极体材料（诸如，聚合物）高得多的电荷密度（例如，34mC/m2）。而且，二氧化硅驻极体材料相比于聚合物驻极体材料的另一个优势是：二氧化硅驻极体材料可以被嵌入到单极或偶极电荷内。出于上面声明的原因以及出于对本领域技术人员来说在阅读和理解本说明书后将变得显而易见的下面声明的其他原因，在本领域中存在针对非常高（例如，超高）电荷密度驻极体的需要。
技术实现思路
本文中所公开的实施例呈现了用于制造超高电荷密度驻极体的技术。在本公开的一个示例实施例中，通过将高表面对体积比的三维硅结构与高表面积的多孔二氧化硅膜进行组合以大幅增加由此形成的驻极体的电荷密度（例如，相比于传统驻极体的电荷密度），来形成多个超高电荷密度驻极体。具体地，针对一个示例实施例，对硅结构（例如硅晶片、管芯等等）进行蚀刻以形成多个正锥形侧壁（例如，金字塔形），所述正锥形侧壁产生大幅增加所涉及的硅结构的表面对体积比的三维纹理表面。在锥形侧壁的多个表面上形成多孔二氧化硅膜，并且在锥形侧壁的多个表面上的所述多孔二氧化硅膜中生成正（或负）电荷，这在所涉及的硅结构的表面上产生多个超高电荷密度驻极体。附图说明当鉴于优选实施例和以下附图的描述而考虑时，本公开的实施例可以被更容易地理解，并且其进一步优势和用途可以更加显而易见，在附图中：图1是图示可被利用以实现本专利技术的一个示例实施例的硅结构的横截面侧视图的结构图。图2是图示可被利用以实现本专利技术的一个示例实施例的第二硅结构的横截面侧视图的结构图。图3是图示可被利用以实现本专利技术的一个示例实施例的第三硅结构的横截面侧视图的结构图。图4是图示在图3中描绘的示例实施例的三维透视图的结构图。图5是图示在图3中描绘的示例实施例的第二个三维透视图的结构图。图6是图示由可被利用以制造图3-5中图示的三维硅结构的示例性过程得到的结构的多个二维侧视图的结构图。图7是图示可被利用以执行图6中描绘的示例性制造过程的示例性方法的流程图。图8是可被利用以实现本专利技术的一个示例实施例的系统的简化示意框图。根据惯例，各种所描述的特征不是按比例绘制的，而是为了强调与本公开相关的特征而绘制的。遍及附图和文本，附图标记表示相似的元素。具体实施方式在以下详述描述中，参考形成其部分并且其中作为具体说明性实施例（其中实施例可以被实践）而示出的附图。充分详细地描述这些实施例以使本领域技术人员能够实践实施例，以及要理解的是，可以利用其他实施例，并且可以在不脱离本公开的范围的情况下做出逻辑的、机械的和电气的改变。因此，不应在限制的意义上采取以下详述描述。图1是图示了硅结构100的横截面侧视图的结构图，硅结构100可以被利用以实现本专利技术的一个示例实施例。如图1中所图示，硅结构100的表面例如被纹理化成包括具有正锥形侧壁的多个三维结构（例如，102a、102b……102n）。在所示出的示例实施例中，三维结构102a-102n中的每一个是金字塔形的。然而，在第二实施例中，三维结构102a-102n可以以与金字塔的结构不同的方式成形。例如，三维结构102a-102n中的每一个可以以柱状物（例如，具有垂直侧壁）、沟槽（例如，具有垂直或锥形侧壁）或尖状物的形状形成。特别地，三维结构102a-102n的技术优势是：相比于传统二维（例如，平坦表面）硅结构的表面对体积比，三维结构102a-102n大幅增加硅结构100的表面对体积比。而且，硅结构100的与传统二维表面的表面对体积比相比增加的表面对体积比产生了与由传统二维表面产生的电荷密度增益相比电荷密度增益的显著增强（例如，大约50倍高）。图2是图示了硅结构200的横截面侧视图的结构图，硅结构200可以被利用以实现本专利技术的一个示例实施例。如图2中所图示，硅结构200包括硅层202（例如硅晶片、管芯等等）以及被形成（例如，蚀刻）到硅层202表面上的多孔硅的层（例如，膜）204。特别地，相比于无孔硅的性质，多孔硅的性质是它的大表面对体积比，与无孔硅的等效结构的有效电荷密度相比，这大幅增加了多孔硅的有效电荷密度。可以利用合适的电化学蚀刻过程来制造多孔硅结构（例如，层204），其中蚀刻参数管理孔的尺寸和对准以及由于孔所致的空隙空间的百分比。由此，针对图2中图示的示例实施例，利用合适的硅氧化过程来氧化多孔硅结构204以生成多孔二氧化硅膜204。据称，已经产生了具有约300m2/cm3的比表面积的多孔二氧化硅结构。因此，例如，利用100μm多孔二氧化硅膜，可以实现与无孔硅膜相比30000倍（理论上）的表面对体积增强。然而，如图2中所示出的正离子电荷206的有限深度所指示的那样，在不损坏膜的情况下将电荷注入到多孔硅膜204中大于2μm（例如，由虚线208指示的离子穿透深度）是困难的过程。因此，实际来看，在二维多孔硅结构（诸如，图2中所描绘的示例性硅结构204）中实际上仅可以实现大约600倍的表面对体积增强。图3是图示了增强的三维硅结构300的横截面侧视图的结构图，增强的三维硅结构300可以被利用以实现本专利技术的一个示例实施例。如图3中所图示，硅结构300的表面被本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：文本消息处理器；广播处理器，耦合到所述文本消息处理器的输出；信号处理器，耦合到所述广播处理器的输出；调制器，耦合到所述信号处理器的输出；功率放大器，耦合到所述调制器的输出；以及天线，耦合到所述功率放大器的输出，其中所述调制器包括多个超高电荷密度驻极体，包括：多个三维结构；所述多个三维结构中的每一个上的多个侧壁；以及在所述多个侧壁上形成的多孔二氧化硅膜，其中所述多孔二氧化硅膜是利用多个正或负离子充电的。

【技术特征摘要】
2017.07.05 US 62/528863;2017.11.03 US 15/8031551.一种系统，包括：文本消息处理器；广播处理器，耦合到所述文本消息处理器的输出；信号处理器，耦合到所述广播处理器的输出；调制器，耦合到所述信号处理器的输出；功率放大器，耦合到所述调制器的输出；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：S田，N克吕格尔，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US