[发明专利]一种基于MEMS技术的3D体硅微型电容器、其制作及应用

权利要求书

1.一种3D体硅微型电容器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在硅基衬底表面通过光刻工艺制作阵列图形，根据该阵列图形进行刻蚀，刻蚀穿透衬底，得到镂空的3D体硅电极；所述3D体硅电极结构为梳齿状；其中，梳齿宽度为10微米以上，梳齿与梳齿之间的距离为10微米以上；

(2)对步骤(1)获得的3D体硅电极进行亲水处理，使得所述电极表面具有亲水性，得到具有亲水性的3D体硅电极；

(3)对步骤(2)得到的3D体硅电极中用于电气连接的框架部分进行掩膜，对非掩膜部分的电极表面进行碳基导电层的包覆，得到包覆有碳基导电层的3D碳硅复合电极；其中，通过如下方法进行碳基导电层的包覆：

(3-1)将碳基化合物前驱体溶解在挥发性溶剂中，得到前驱体溶液；

(3-2)将所述3D体硅电极置于所述前驱体溶液中，通过水热法在所述电极表面包覆碳基导电层；所述碳基化合物前驱体为碳氢化合物；

其中，所述挥发性溶剂为丙酮或异丙醇，通过调整梳齿宽度或梳齿间距，及对挥发性溶剂的选择，能够避免梳齿电极结构发生变形或梳齿粘结；

(4)在步骤(3)获得的包覆有碳基导电层的3D碳硅复合电极的电极表面包覆活性材料，得到包覆有活性材料的3D碳硅复合电极；

(5)去除所述用于电气连接的框架部分的掩膜，将该3D碳硅复合电极进行封装与集成，得到所述3D体硅微型电容器；

其中所述电极表面既包括该电极结构的水平表面，也包括通过刻蚀得到的垂直表面。

2.一种3D体硅微型电容器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在硅基衬底表面通过光刻工艺制作阵列图形，根据该阵列图形进行刻蚀，刻蚀穿透衬底，得到镂空的3D体硅电极；所述3D体硅电极结构为梳齿状；其中，梳齿宽度为10微米以上，梳齿与梳齿之间的距离为10微米以上；

(2)对步骤(1)获得的3D体硅电极进行亲水处理，使得所述电极表面具有亲水性，得到具有亲水性的3D体硅电极；

(3)对步骤(2)得到的3D体硅电极中用于电气连接的框架部分进行掩膜，对非掩膜部分的电极表面进行碳基导电层的包覆，得到包覆有碳基导电层的3D碳硅复合电极；其中，通过如下方法进行碳基导电层的包覆：

(3-1)将碳基化合物前驱体溶解在挥发性溶剂中，得到前驱体溶液；

(3-2)将所述3D体硅电极置于所述前驱体溶液中，浸润后取出，烘干后通过化学气相沉积法使所述前驱体在所述电极表面还原分解形成碳基导电层，所述前驱体为碳氢化合物；

其中，所述挥发性溶剂为丙酮或异丙醇，通过调整梳齿宽度或梳齿间距，及对挥发性溶剂的选择，能够避免梳齿电极结构发生变形或梳齿粘结；

(4)在步骤(3)获得的包覆有碳基导电层的3D碳硅复合电极的电极表面包覆活性材料，得到包覆有活性材料的3D碳硅复合电极；

(5)去除所述用于电气连接的框架部分的掩膜，将该3D碳硅复合电极进行封装与集成，得到所述3D体硅微型电容器；

其中所述电极表面既包括该电极结构的水平表面，也包括通过刻蚀得到的垂直表面。

3.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，步骤(4)对电极表面包覆活性材料具体为：

(4-1)对步骤(3)所述3D碳硅复合电极进行亲水处理，具体为：将该电极用等离子体氧清洗技术或采用Pirahan进行表面亲水处理；

(4-2)对所述亲水处理后的电极表面生长活性材料。

4.如权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述活性材料为单一纳米材料或复合纳米材料，所述活性材料能用于增加所述电极的比表面积、电化学活性、电容特性和导电能力中的一种或多种。

5.如权利要求1至4任一项所述的制作方法制得的3D体硅微型电容器。

6.如权利要求5所述的3D体硅微型电容器的应用，其特征在于，用于能量存储与供电、加速度传感、振动传感、冲击传感或滤波器。