专利名称：具有包封电极的微放电装置及制作方法
技术领域：
本发明涉及微放电装置。
背景技术：
微等离子体(微放电)装置已经研究了将近十年，且已经制作出具有尺寸小至10μm的微腔的装置。已经制作出约4cm2芯片面积内像素多达4×104个的微等离子体装置阵列，封装密度为每cm2104个像素。此外，已经展示了这些装置在可见光及紫外光范围的光电探测、环境检测、以及半导体的等离子体蚀刻的多种领域中的应用，且目前正在探究一些应用的商业前景。迄今为止所报导的许多微等离子体装置是由直流电压驱动，并结合了由基本上均匀材料形成的介电膜。与微等离子体装置的预想应用无关，这种技术的成功将取决于多个因素，其中最终要的因素为制造成本、寿命、以及辐射效率。
发明内容
本发明的一个实施例为包括包封在电介质内的第一电极的微放电装置，该电介质可以为纳米孔介电膜。提供也可以用电介质包封的第二电极。这些电极配置成，当时变(AC、RF、双极或脉冲DC等)电势施加在电极之间时，在微腔内触发放电。在本发明的具体实施例中，第二电极可以是覆盖微腔开口的网，且该微腔在一端闭合。在本发明的一些实施例中，该第二电极可以与第一电极直接接触。在其他实施例中，一间隙分隔这些电极。
在具有包封电极的微放电装置的优选制造方法中，金属基板被用于形成纳米孔介电包封电极并溶解介电层的一部分。该介电层随后再次被阳极化，形成纳米孔介电包封电极，其纳米尺寸介电结构具有改善的规则性。在本发明的一些实施例中，电介质内的柱状孔洞可以用一种以上的材料回填，以进一步调整电介质的性能。
参考结合附图进行的下述详细描述，可以更容易地理解本发明的前述特征，附图中图1A-1F示出了根据本发明实施例的纳米孔包封金属微等离子体电极制作工艺的图示；图1G和1H为图1所示工艺中另外工艺步骤的图示；图1I示出了图1A-1F、1G和1H所示工艺的流程图；图2A示出了根据本发明实施例的具有包封电极的微放电装置的剖面图；图2B示出了图2A的装置的俯视图；图3A示出了根据本发明实施例的具有包封电极和用于另一个电极的包封金属网的微放电装置的剖面图；图3B示出了图3A的装置的俯视图；图4示出了根据本发明实施例的微腔一端闭合的微放电装置的剖面图；图5示出了两个电极都被包封的与图2的装置类似的装置；图6示出了两个电极未直接物理接触的图5的装置的层叠形式；图7示出了根据本发明实施例，形成线性阵列的图5的装置的层叠形式，其中电极对直接物理接触；图8示出了根据本发明实施例的微腔形成平面阵列的微放电结构；图9示出了根据本发明实施例的用于显示器应用的微放电装置阵列，其中像素是可单独寻址的；图10示出了根据本发明另一个实施例的由柱面上多个介电包封微腔以及中心电极形成的微放电装置阵列；图11示出了图10的装置的两级形式；图12示出了直径100μm的Al/Al2O3装置在氖气中在几个交流激励频率数值下的电压-电流特性；以及图13示出了直径100μm的Al/Al2O3装置在Ar∶N2(2％)混合物中在两个压力数值下的电压-电流特性。
具体实施例方式
在本发明的特定实施例中，柱状纳米结构电介质生长在金属基板上以形成微放电电极。该金属基板可具有任意形式，例如薄膜、箔片、板、杆或管。这种方法有利于制作可以容纳任意表面形状的微放电装置阵列。首先阳极化可为铝的金属基板，由此生长该电介质。得到的介电层的一部分随后被溶化(溶解)，且接着执行第二阳极化步骤。得到介电结构是高度规则的且是纳米孔状的，具有非常均匀的、直径为几十到几百纳米的柱状腔体。在本发明的一些实施例中，纳米尺寸的腔体随后用特定材料(电介质或电导体)回填，以进一步调整结构的性能。与例如体材料或薄膜的传统介电材料相比，得到的包封金属表现出优异的性能，例如高的击穿电势。
在本发明第一实施例中，提供了一种微放电装置，其包括包封在电介质内的第一电极，该电介质可以是纳米孔介电膜。提供了也可由电介质包封的第二电极。这些电极配置成，当时变(AC、RF、双极或脉冲DC等)电势施加在电极之间时，在微腔内触发放电。在本发明的具体实施例中，第二电极可以是覆盖微腔开口的网，且该微腔在一端闭合。在本发明的一些实施例中，第二电极可以与第一电极直接接触。在其他实施例中，一间隙分隔这些电极。
在本发明的另一个实施例中，提供了一种微放电装置阵列。该阵列包括多个电极对。各个电极对包括第一电极和第二电极，每个电极包括由电介质包封的金属。各个电极对配置成，当时变电势施加在电极之间时触发相应微腔内的放电。在本发明的具体实施例中，该电极对层叠，形成微放电装置的线性阵列。
在本发明的又一个实施例中，提供了一种微放电装置阵列，其包括平面电极阵列，各个平面电极阵列包括包封在电介质内的多个金属电极。包封电极阵列形成多个微腔。公共电极配置成，当电势施加在公共电极和该电极阵列之间时在各个微腔内触发放电。在一些实施例中，公共电极对于由该阵列发射的光是透明的。
在本发明另一个实施例中，提供了用于显示器应用的微放电装置阵列。该阵列包括包括由第一电介质包封的金属的第一电极；与该第一电极相关联的多个微腔；包括由第二电介质包封的金属的第二电极；以及与该第二电极相关联的多个微腔。该第一电极和第二电极配置成，当电势施加于该第一和第二电极之间时触发特定微腔内的微放电，但是要求该特定微腔为该第一多个微腔和该第二多个微腔中的一个构件。
在本发明另一个实施例中，提供了一种包括金属柱(管)的柱形微放电装置阵列。多个微腔形成于柱体的内表面上，其随后被电介质包封。电极沿柱体的中心轴布置，且该电极配置成，当时变电势施加在该电极和柱体之间时触发各个微腔内的放电。通过沿中心电极引入气流，可以实现毒性气体补救。电势施加在中心电极和柱体之间以在各个微腔内触发放电。当气体流过微腔时，该放电离解气体内的杂质。在本发明其他实施例中，该结构可以用于对流过柱体的气体进行光化学处理。其还可以用做激光的增益介质。
针对例如医药和光聚合(材料的光学加工)应用中要求的缩放有效长度与/或面积的目的，本发明的实施例引入了微放电装置阵列几何和结构。
注意，在说明书以及任何所附权利要求中，“层”可以在在单个步骤或者多个步骤(例如沉积)内形成，除非另外指出。
图1A-1F示出了根据本发明实施例的在金属上生长纳米孔电介质的工艺，此处该金属为铝。Al2O3纳米孔介电层20可以生长在铝基板10上，铝基板10可以为任意形式，包括但不限于薄膜、箔、板、杆或管。铝基板应该通过例如电化学或者其他化学抛光方法先彻底清洗，例如通过将基板置于例如高氯酸的酸蚀刻剂的浴液中(图1A)。该工艺还用于从表面除去某些不规则，由此使表面变得更平坦。下一个步骤是通过包括微钻孔和化学蚀刻的各种技术中的一种或多种在金属内形成具有期望剖面和阵列模式的微腔(图1B)。(微腔为特征尺寸(直径、矩形的长度等)约为500μm以下的腔体)。随后通过阳极化Al 10而开始该电介质沉积工艺，形成具有柱状孔洞25的Al2O3的纳米孔表面20(图1C)，但是该表面具有不规则的纳米结构。可以在酸溶液中发生该阳极化，以金属基板为阳极，以合适的材料例如石墨、铜或铂为阴极。在本发明一个实施例中，该酸溶液为浓度为0.3-0.4M的草酸，温度优选低于约15摄氏度。溶液温度的选择代表了一种权衡越高的溶液温度使电介质沉积更快，但是该介电结构规则性降低。在本发明其他实施例中，硫酸、磷酸、铬酸、或者有机与无机酸的混合物可以用做阳极化溶液。
接着，通过溶解除去纳米柱20得到图1D所示的结构。通过例如对沉积的电介质涂布铬酸和氯化汞的混合物(或者其他铝蚀刻剂溶液，例如Transetch NTM)，可以实现这种溶解。再次阳极化可视为模板的剩余结构，在图1E所示电介质柱40之间形成结构非常规则的柱状孔洞45。该第二阳极化可以按照与前述第一阳极化相同的方式实现。在本发明具体实施例中，该介电材料40的厚度可以从几百纳米(“nm”)变化到几百微米。此外，通过改变溶剂和阳极化条件(温度和摩尔浓度)，电介质内柱状孔洞45的直径可以调整为几十到几百nm。
由该工艺形成的金属/纳米结构的电介质结构可有利地用做微等离子体装置内的电极。可以根据该装置内所期望的性能，调整沉积于电极不同部分上的纳米孔电介质的厚度。例如，位于将毗邻微放电腔体的电极的部分上的介电层的厚度可以优选地设置于5微米至30微米的范围内。更厚的介电层会提高电介质的击穿电压以及电介质耐物理工艺和化学腐蚀的寿命，但是也会提高触发微腔内放电所需的电压。不毗邻微腔的电极其他部分有利地覆盖有更厚的介电层，例如约40微米以上。该更厚的介电层可以延长电极的寿命，也可以防止微腔外部区域内的电学击穿。形成于电极的不同部分上的介电层的厚度可以通过使用掩模剂进行控制，例如用于光刻的光敏抗蚀剂，或者通过本领域已知的其他掩模技术。在本发明的一些实施例中，形成于将接触微放电腔体的电极部分上的介电层的厚度与电极其他部分上的介电层的厚度的比例可设为约1∶2至1∶4。
其他材料可以有利地替代本发明先前实施例中的铝。例如，诸如钛、钨、锆、和铌的各种金属可以用做基板，在其上通过阳极化形成纳米孔电介质。该工艺可以用于在钛基板上形成TiO2介电层，在钨基板上形成WO3介电层。
根据本发明实施例，一旦完成该电极结构的制作，则可以组装如图1F所示的微等离子体装置。图示出了简单的两层装置，其中顶层具有两个微腔直径以促进期望的装置结构的对准，该装置通过真空系统抽真空，且在真空下对该结构加热以除气。随后，装置(或装置阵列)内的该微腔(或多个微腔)用期望的气体或蒸气回填，且随后通常期望通过各种公知工艺之一密封该装置或阵列，例如使用玻璃料或环氧树脂的阳极键合、层叠或密封。所有微放电装置是由时变电压供电，该电压可以为AC、RF、双极或脉冲DC。形成与介电层内金属的直接电学接触。最后，通过将少量的金属卤化物盐引入微腔，由此形成该放电介质，该金属卤化物盐在通过背景气体中的微放电工作而被加热时产生期望的蒸气。
在本发明的另外实施例中，先前实施例的包封电极的性能可以通过另外的工艺进行大幅改进。例如，如图2H所示，柱状孔45可以部分填充有例如镁氧化物或者其他介电材料的材料60。这可以通过各种公知工艺实现，例如溅射、旋转涂敷、化学“浸渍”、以及溶胶-凝胶工艺。因此，在调整该纳米结构电介质的性能方面可以获得非常大的灵活性。按照这种方式可以调整的性能包括电介质的介电常数以及其电学击穿电势或光学性能。
备选地，如图1G-1H所示，在阳极化工艺中自然形成的，形成于纳米孔基体的Al2O3“阻挡层”可以通过化学蚀刻除去。可以使用导电材料55回填该纳米孔。例如可以通过电镀将金属沉积到该纳米孔内。如果需要，则可以通过蚀刻除去沉积在阵列表面上的任何金属。此外，可以通过化学气相沉积在纳米孔内生长碳纳米管。如果需要，则可以通过蚀刻除去纳米管。此外，可以通过化学气相沉积在纳米孔内生长碳纳米管。纳米管可以用于通过场发射产生电子。电子可以通过电场从纳米孔的开放端提取。
图1I示出了根据本发明实施例用于形成纳米孔电介质包封电极的工艺80。首先，如上所述，提供可包括微腔82并被清洗的金属基板84(见图1A)。接着，形成微腔(或微腔阵列)，且如果需要则通过进一步清洗除去碎屑(见图1B)。随后，阳极化基板86(见图1C)，并沉积纳米孔介电层。接着，部分溶解所沉积的层88(见图1D)。随后再次阳极化具有剩余介电层模板的基板90(见图1E)。如果不需要另外的工艺92，则该工艺结束94。备选地，可以执行第三阳极化96，柱状孔的基体可以被填充(图1G)或者柱状孔可以用期望材料回填，如前所述(见图1H)。使用放电介质填充微腔并密封该装置，则完成微放电装置的制作(图1I未示出)。
纳米结构电介质的介电性能优于微等离子体放电装置中通常使用的电介质。例如，图1所示20μm层厚的Al/Al2O3介电结构的电学击穿电压测量值高于2000V，而两倍于该厚度(40μm)的体氧化铝的击穿电压仅为约1100V。此外，位于纳米孔基体的厚阻挡层以及使用另外电介质回填该孔，这对于提高击穿电压是有效的。
在本发明的各种实施例中，提供了包括包封在纳米孔电介质内的一个或多个电极的微放电装置。纳米孔电介质可以通过如上所述的湿法化学工艺但不限于此。因此，可以经济地制作各种装置结构。这些装置包括第一电极和第二电极，其中第一电极包封在电介质内，第二电极也可以包封在第一电极的电介质内或者包封在另外的电介质内。电极配置成，当时变(AC、脉冲DC等)激励电势施加于第一和第二电极之间时，触发微腔(即，特征尺寸(直径、矩形的长度等)约为500μm以下的腔体)内的微放电。包封电极不暴露于微等离子体放电，有助于更长的电极寿命。
图2A的剖面图示出了根据本发明第一实施例的微放电装置200。第一电极230由包封有电介质220的例如铝的金属210形成。该电介质可以是纳米孔电介质，例如Al2O3。第二电极240置成毗邻第一电极，直径为“d”的微腔250通过各种公知工艺之一形成，例如微钻孔、激光加工、化学蚀刻等。微腔延伸穿过电极240，但是不一定完全延伸穿过电极230。直径d通常约为1至500微米。此外，腔体剖面不一定为圆形，而是可以为各种形状。第二电极可以是任意导电材料，包括金属、氧化铟锡(“ITO”)、掺杂的结晶或多晶半导体、或者甚至是聚合物。如果存在压力合适的放电气体或蒸气且峰值电压足够，则施加于第一电极和第二电极之间的交变电流(“AC”)或其他时变电压260在微腔250内触发微等离子体。图2B示出了装置200的俯视图。尽管微腔250示为柱形，但是这些微腔不限于柱形，其他形状及纵横比也是可能的。第一电极内的金属210有利地不接触微等离子体，有助于更长的电极寿命。
在如图3A剖面图所示本发明另一个相关实施例300中，第二电极可以是至少部分覆盖微腔250的金属网340。如果恰当地选择金属(例如Al、W、Zr等)，网状电极也可以用纳米孔电介质包封(如所示)。图3B示出了该装置的自顶向下(平面)视图。
在如图4剖面图所示本发明另一相关实施例400中，微腔放电通道450的一端480闭合。通过在电介质220内设计光子能隙结构，或者位于微腔450基体的电介质220可涂敷有一种或多种反射材料，介电“盖层”480由此可用于反射特定波长的光。如果电介质在感兴趣的谱区内是透明的，则反射层480可以应用于电介质220的外部。
在本发明其他实施例中，微放电装置的两个电极都可用电介质包封。图5示出了具有与图2装置相似的结构的装置500，除了第二金属电极240用电介质510包封，形成第二包封电极530以外。在图5中，电极230和电极530直接物理接触。在例如图6所示的本发明其他实施例中，微放电装置600可以形成，其中电极对230，530层叠，相邻电极的介电层之间存在间隙。可层叠的电极对的数目为设计选择的问题，可以获得具有延伸长度的微等离子体线性阵列700，如图7所示。这种层叠装置可以有利地提供更高的光发射强度，且通过在微通道750的各端放置反射镜而适于实现激光。备选地，图7的结构可用于其他应用，其中延伸长度的等离子体列是有价值的。
在如图8剖面图所示的本发明其他实施例中，形成了具有平面几何800的微等离子体装置阵列。在本实施例中，定义各个“像素”尺寸的金属电极阵列810包封在电介质820内。通过在金属基板内通过激光加工，或者备选地通过湿法或等离子体蚀刻，由此可以经济地制作电极阵列810。一旦形成该电极阵列，电介质820可以通过湿法化学工艺沉积在整个阵列上。阵列内的所有像素可以共享公共透明电极840，例如玻璃、石英、或者蓝宝石上ITO。在电极之间施加电势830在微腔850内触发放电。微放电发出的光可以通过公共电极840或者从微腔850的另一端向外逸出。备选地，公共电极840无需是透明的，但是可以是先前所述的电介质包封的金属电极。于是可以从电极850自微腔端部提取光线。
在如图9所示本发明另一个实施例中，可形成微放电阵列900，其允许选择性地激励各个微腔(像素)。可以在延伸长度的电介质包封电极910内制作期望形状的像素930。第二电介质包封电极920位于第一电极910下(或上)，该第二电介质包封电极920也可具有延伸的长度。对第一电极910施加电压V1且对第二电极920不施加电压(V2＝0)，第一和第二电极交点处的像素将不会触发。然而，如果恰当的电压V2也施加于第二电极，则仅位于两个电极交点处的像素将触发，发射光940。阵列内的其他像素将保持黑暗。如此，可以构造各个像素可以分别可寻址的大的像素阵列，且该像素阵列可以应用于例如显示器和生物医学诊断。
在任意配置(几何)的导电(例如金属)表面上制作纳米孔电介质的能力可以有利地用于等离子体阵列和工艺系统。例如图10示出了柱形阵列的微等离子体装置1000，各个微等离子体装置制作于金属(另一个表面上的箔、膜、铝管等)的管状部分1010的内壁上。在管1010的壁内制作微腔之后，通过在柱体1010的内表面上形成纳米孔电介质1030，该电介质也涂覆各个微腔的内部，如上所述，由此完成该阵列。依赖于期望的应用，微腔可以是任意形状和尺寸。对于图10的实施例，微腔延伸穿过柱体1010的壁。气体从柱体1010的外部进入该系统，并穿过微腔。如果系统的应用是离解(分裂)毒性或其他环境有害气体或蒸气，则气体通过微腔将离解部分不期望的物质。如果一级布置中的离解程度是可接受的，则气体产物可以沿轴从该系统清除，如图10所示。如果一级内的离解程度不足，则可以添加与第一级同心的第二级，如图11所示。这种情况下，中心电极1020是管状的，且按照与管状部分1010相似的方式在其壁内制作微腔阵列。微腔同样延伸穿过壁。第二电极沿电极1020的轴，可以为管、杆或线。第一和第二电极都被该电介质包封。采用这种两级系统，感兴趣的气体或蒸气现在则必须穿过两个微放电阵列之后从系统排出。
如上文所指出，沿具有微等离子体像素的更大柱体的轴的中心电极1020可以是固体导体(例如金属杆或管)，或者备选地可以是沉积在光学透明柱体(例如石英管)上的透明导体。对于电学激励和离解气体以产生激发态或基态自由基，则前一种设计令人感兴趣，而对于光激励流入内(光学透明的)柱体内部的气体或蒸气，则后一种设计颇有价值。
根据本发明实施例，图10的阵列可以用于例如毒性气体补救。时变电势施加于中心电极1020和柱体1030之间。另一个应用为用于置于柱体中心1020内增益介质的光放大的光学泵浦。
已经构建和测试了几个前述装置和阵列，特别是图2、3和5中所描述的装置和阵列。目前制作的典型微放电装置由厚度通常为50-100微米的Al箔片组成，该Al箔片先在酸溶液中清洗，随后在箔片中微加工形成微腔或者微腔阵列。各个微放电腔体(即，微腔)是直径为50或100微米的柱形。在制作微腔之后，纳米孔Al/Al2O3生长在整个电极，在微腔壁上的厚度为约10微米，在其他位置通常为30-40微米。在组装该装置之后，该装置在真空系统内抽空，如果需要则除气，并用期望气体或蒸气回填。如果需要，通过本领域中已知的阳极键合、层叠、玻璃料密封或其他工艺，整个装置或者装置阵列可以密封在具有形成的至少一个透明窗口的轻质封装内。
2×2阵列的Al/Al2O3微放电装置工作于稀有气体和空气中，各个装置具有直径为100μm的柱形微腔(图5的装置)。对于约700Torr的Ne，典型的AC工作电压(所给出的数值为峰峰值)和RMS电流为650V和2.3mA，对于空气则为800-850V和6.25mA。这些测量的AC驱动频率为20kHz。应该强调，在阵列的所有像素中产生了稳定均匀的放电而无需电学平稳器。这个结果对于空气尤其显著，空气在很长时间内已知为一种获得稳定放电的最具挑战性的气体(或气体混合物)。
可以构建大得多的阵列，且整个工艺可以自动化。所需材料的低成本、装置组装的容易度、以及在迄今为止测试的区域中所产生的稳定的良好的辉光放电，所有这些都表明，在需要低成本、明亮且灵活的可见及紫外光源的场合下，本发明实施例的微放电装置和阵列都颇具价值。
当然，本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于上述详细描述的各个方面。在任意所述实施例中，用于包封电极的电介质可以是纳米孔电介质。尽管以由氧化铝包封的铝(Al/Al2O3)被用作在这些装置中的示范性材料，但是还可以使用各种材料(例如W/WO3)。此外，在任一上述实施例中，可以使用期望压力的气体填充该装置的微腔，以促进具有特定特性的微放电。可以使用放电气体填充该微腔，例如原子稀有气体、N2、和稀有气体-卤素施主气体混合物。可以选择气体压力和气体混合物组成以维持期望辐射物质的良好的数量密度。
按照结合图1A-1I所述方式制作实验Al/Al2O3微放电装置阵列。装置形成为阵列，分别具有直径为100μm的微腔。微腔制作于铝箔片内并延伸穿过该箔片。衬垫各个微腔内壁的Al2O3电介质在光学显微相片下是可见的，呈黑色环状。介电膜实际上是透明的，但是仅仅是由于光学相片记录的方式而表现为黑色。Al基板顶部上(以及相对侧部上)的Al2O3膜是透明的，观察到的斑点则是由于Al箔上的残余表面结构引起。制作了另一个实验微放电装置阵列，也具有柱形微腔，但直径为200μm。
小阵列的实验100μm Al2O3装置的电压-电流(“V-I”)特性示于图12。填充气体为压力为700Torr的Ne，所示结果针对在几个频率之一下的阵列的交流激励。纵坐标上的电压值为峰峰值。而且应该注意，通过减小微腔内Al2O3厚度，可以将工作电压降低到图12所示电压之下。在Ar/2％N2混合物中工作的小阵列Al2O3微放电装置的V-I特性示于图13，针对总混合物压力为500和700Torr的两种值。由于N2的附着性能，所需的工作电压高于Ne的情形。
在本发明的其他实施例中，根据本发明任一前述实施例的微放电电极可以结合到微放电装置和装置阵列内。此外，包括其上通过其他工艺形成的纳米孔电介质的金属基板的微放电电极可以有利地应用于微等离子体装置和阵列。
类似地，显而易见的是，本发明并不限于前述详细描述的各个方面。例如，介电包封金属可以被用于微放电装置之外的各种应用。在不背离由所附权利要求界定的本发明的精神和范围的情况下，所述本发明的各种变化和改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种微放电装置，包括第一电极(230)，所述电极包括导体和微腔，所述电极用第一电介质包封；以及第二电极(240)，所述电极配置成，当电势施加于所述电极之间时在所述微腔内触发放电。
2.根据权利要求1的装置，其中所述第二电极为网。
3.根据权利要求1的装置，其中所述微腔在一端闭合。
4.根据权利要求1的装置，其中所述第二电极包括用第二电介质包封的导体。
5.根据权利要求1-4任意一项的装置，其中所述第一电介质为纳米孔电介质。
6.一种微放电装置阵列，包括多个权利要求1的微放电装置。
7.根据权利要求6的微放电装置阵列，其中所述第一电极包括包含用电介质包封的多个金属电极的平面电极阵列(810)，所述包封的电极包含多个微腔；以及所述第二电极包括公共电极(840)，配置成当电势施加于所述公共电极和所述电极阵列之间时在各个所述多个微腔内触发放电。
8.根据权利要求7的阵列，其中所述公共电极是透明的。
9.一种包括根据权利要求6的阵列的用于显示器应用的微放电装置阵列，其中所述第一电极包括包含多个包封在电介质内的金属电极的电极阵列(910)，所述包封电极包括多个微腔；以及所述第二电极包括用第二电介质包封的多个相交的电极(920)，配置成触发各个所述多个微腔内的放电。
10.根据权利要求9的用于显示器应用的微放电装置阵列，配置成使得仅当高于阈值电势的时变电势施加于所述第一电极和所述多个相交电极的相交的一个电极之间时，各个所述多个微腔的单独一个产生微放电。
11.根据权利要求10的阵列，其中至少一个所述第一电介质和所述第二电介质为纳米孔电介质。
12.一种包括根据权利要求6的阵列的柱状微放电装置阵列，其中所述第一电极包括金属柱体，所述柱体由中心轴表征，多个微腔形成于所述柱体的内表面上且用所述第一电介质包封；以及所述第二电极沿所述柱体的中心轴布置，并配置成，当时变电势施加于所述中心电极和所述柱体之间时在各个所述多个微放电装置内触发放电。
13.根据权利要求12的阵列，其中所述第二电极包括透明导电管。
14.根据权利要求13的阵列，其中所述第二电极包括金属导体。
15.一种制造包封电极的方法，该方法包括提供金属基板，所述金属基板包括至少一个微腔；阳极化所述基板以形成第一层，所述第一层包括孔；溶解所述第一层的一部分；以及当所述第一层的一部分溶解时对所述第一层执行第二阳极化，形成包封层，由此形成包封电极。
16.根据权利要求15的方法，还包括使用金属、电介质和纳米管之一填充所述包封层的孔至特定深度。
17.根据权利要求15的方法，其中所述金属为铝，所述包封层包括Al2O3。
18.根据权利要求15的方法，其中所述金属为钛，所述包封层包括TiO2。
19.根据权利要求15的方法，其中所述基板的第一部分和所述基板的第二部分之间的所述包封层的厚度不同。
全文摘要
本发明的一个实施例为包括包封在电介质内的第一电极(230)的微放电装置，该电介质可以为纳米孔介电膜。提供也可以用电介质包封的第二电极(240)。这些电极配置成，当时变(AC、RF、双极或脉冲DC等)电势施加在电极之间时，在微腔内触发放电。在本发明的具体实施例中，第二电极可以是覆盖微腔开口的网，且该微腔在一端闭合。在本发明的一些实施例中，该第二电极可直接接触第一电极。在其他实施例中，一间隙分隔这些电极。在具有包封电极的微放电装置的优选制造方法中，金属基板用于形成纳米孔介电包封电极并溶解介电层的一部分。该介电层随后再次被阳极化，形成纳米孔介电包封电极，其纳米尺寸介电结构具有改善的规则性。在本发明的一些实施例中，电介质内的柱状孔洞可以用一种或多种材料回填，以进一步调整电介质的性能。
文档编号H01J17/04GK101084566SQ200580039492
公开日2007年12月5日 申请日期2005年10月4日 优先权日2004年10月4日
发明者J·加里·埃登, 朴晟镇 申请人:伊利诺伊大学受托管理委员会