一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置及其极化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及驻极体极化，具体涉及一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置及其极化方法。
【背景技术】
[0002]驻极体包括驻极体基体及其表面的极化电荷。极化技术是实现驻极体获取高密度电荷的唯一手段，对于驻极体式微机电系统的性能起到决定性作用，是开展驻极体微机电系统研究的首要关键技术。国内外专家学者对于驻极体的极化技术开展了广泛的研究。现有的经典的驻极体极化方式为电晕极化，它是利用空气高压电弧放电机理，然而电晕放电产生的离子由于电荷“聚集”效应无法极化具有高深宽比结构的驻极体；同时电晕极化不能穿透有阻挡的固体介质，因此无法对于封装后的驻极体进行极化。
【发明内容】
[0003]针对以上现有技术中存在的问题，本发明提出了一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置及其极化方法，可实现快速高效的高深宽比结构驻极体的极化，无需真空环境、不受封装外壳影响。
[0004]本发明的一个目的在于提供一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置。
[0005]本发明的高深宽比结构驻极体的射线极化装置包括:防护箱体、射线发生器、探针台组件和高压偏置电源；其中，防护箱体为具有射线防护功能的金属箱体结构；射线发生器包括放置在防护箱体外部的射线供电装置以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置和射线照射装置；探针台组件包括绝缘的探针基座、绝缘的载物台和位置可调探针，探针基座设置在防护箱体内的底部且正对射线照射装置，探针基座的顶端分别装有两根位置可调探针；在探针基座的中间放置载物台，载物台上放置待极化的高深宽比结构驻极体样品，高深宽比结构驻极体样品的两个相对的侧壁为两个待极化的驻极体表面，相背的为各自的背电极；两根位置可调探针分别接触两个背电极，并分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和接地端。
[0006]防护箱体包括金属的箱体外壳以及在其内壁附着的塑性绝缘材料；防护箱体的金属外壳厚度大于5_，用于防护射线福射；塑性绝缘材料的厚度在2?5cm之间，用于防止极化过程的高压电与防护箱体的电学绝缘。防护箱体的一侧设置具有观察窗的门，位置略高于样品固定组件的上表面，以通过观察窗观察驻极体样品的极化过程。
[0007]射线发生器为强度可调的α射线源、β射线源、γ射线源以及X射线源中的一种。射线发生装置激发其中一种放射源而后通过射线照射装置辐射高能的射线使得空气分子电离，从而产生诸如CO3、(H2O)2H+、O2、H3O+等的高密度正、负电荷。
[0008]高压偏置电源为高压直流电压源，可产生± IV?± 1kV直流电压，并带有漏电流检测反馈功能，防止驻极体样品电学击穿。
[0009]此外，驻极体极化装置还包括射线强度剂量笔和智能报警器，分别安装在防护箱体的外壁，射线强度剂量笔连接至智能报警器，智能报警器连接至射线供电装置；射线强度剂量笔测量防护箱体外的射线强度，当射线强度超过安全阈值(行业规定)的人体安全范围时，智能报警器报警并切断射线供电装置的电源。
[0010]本发明的另一个目的在于提供一种高深宽比结构驻极体的射线极化方法。
[0011]本发明的高深宽比结构驻极体的射线极化方法，包括以下步骤:
[0012]I)高深宽比结构驻极体样品放置在载物台上，两个相对的侧壁为两个待极化的驻极体表面，相背的为各自的背电极；
[0013]2)两根位置可调探针分别接触两个背电极，同时两根位置可调探针分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和地端；
[0014]3)射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向高深宽比结构驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体；
[0015]4)射线覆盖区域内的高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面之间的空气被电离，充满等离子体；
[0016]5)开启高压偏置电源，连接高压偏置电源的两个待极化的驻极体表面之间产生高压偏置电场，若射线强度剂量笔测量射线强度未超过安全阈值，则正常工作进入步骤6)，否贝1J，若射线强度超过安全阈值，智能报警器报警并立即控制射线供电装置停止工作；
[0017]6)等离子体内的正电荷和负电荷在高压偏置电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现正电荷和负电荷分别被吸附在高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面；
[0018]7)高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束。
[0019]其中，在步骤7)中，经过大于10秒极化后，两个相对的驻极体表面吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束；可通过高压偏置电源的漏电流检测反馈功能观测漏电流是否趋于饱和。
[0020]基本原理为:射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向高深宽比结构驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体；射线覆盖区域内两个待极化的驻极体表面之间充满等离子体；接高电压与接地的两个待极化的驻极体表面之间形成了高压偏置电场；等离子体内的正电荷和负电荷在偏置高压电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现正电荷和负电荷分别被吸附在高深宽比结构驻极体样品的两个相对的待极化的驻极体表面。
[0021]本发明的优点:
[0022]本发明采用基于射线的驻极体极化装置及其极化方法，无需真空环境、结构简单、快速高效，实现了对高深宽比结构驻极体的极化；同时由于射线可穿透常规封装外壳，因此本极化方法不受封装工艺的影响；极化时间可从传统的电晕极化5?20分钟时间缩短到10秒量级。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的高深宽比结构驻极体的射线极化装置的一个实施例的剖面图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。
[0025]如图1所示，本实施例的基于射线的驻极体极化装置包括:防护箱体1、射线发生器、探针台组件和高压偏置电源；其中，防护箱体I防护箱体包括金属的箱体外壳11以及在其内壁附着的塑性绝缘材料12 ;射线发生器包括放置在防护箱体外部的射线供电装置21以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置22和射线照射装置23 ;探针台组件包括绝缘的探针基座31、绝缘的载物台32和位置可调探针33，探针基座31设置在防护箱体I内的底部且正对射线照射装置23，探针基座31的顶端装有两根位置可调探针33 ;在探针基座的中间放置载物台32，载物台32上放置待极化的高深宽比结构驻极体样品4 ;高深宽比结构驻极体样品4的两个相对的侧壁为两个待极化的驻极体表面，相背的为各自的背电极5，两根位置可调探针分别接触两个背电极5，并分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源6的高压端和接地端；射线强度剂量笔和智能报警器7安装在防护箱体I的外壁。
[0026]最后需要注意的是，公布实施方式的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。
【主权项】
1.一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置，其特征在于，所述射线极化装置包括:防护箱体、射线发生器、探针台组件和高压偏置电源；其中，所述防护箱体为具有射线防护功能的金属箱体结构；所述射线发生器包括放置在防护箱体外部的射线供电装置以及与其相连接的设置在防护箱体内的顶部的射线发生装置和射线照射装置；所述探针台组件包括绝缘的探针基座、绝缘的载物台和位置可调探针，探针基座设置在防护箱体内的底部且正对射线照射装置，探针基座的顶端装有两根位置可调探针；在探针基座的中间放置载物台，载物台上放置待极化的高深宽比结构驻极体样品，所述高深宽比结构驻极体样品的两个相对的侧壁为两个待极化的驻极体表面，相背的为各自的背电极；两根位置可调探针分别接触两个背电极，并分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和接地端。2.如权利要求1所述的射线极化装置，其特征在于，所述防护箱体的金属外壳厚度大于5_ ;所述塑性绝缘材料的厚度在2?5cm之间。3.如权利要求1所述的射线极化装置，其特征在于，所述射线发生器为强度可调的α射线源、β射线源、γ射线源以及X射线源中的一种。4.如权利要求1所述的射线极化装置，其特征在于，还包括射线强度剂量笔和智能报警器，分别安装在防护箱体的外壁，所述射线强度剂量笔连接至智能报警器，所述智能报警器连接至射线供电装置。5.一种高深宽比结构驻极体的射线极化方法，其特征在于，所述射线极化方法包括以下步骤: 1)高深宽比结构驻极体样品放置在载物台上，两个相对的侧壁为两个待极化的驻极体表面，相背的为各自的背电极； 2)两根位置可调探针分别接触两个背电极，同时两根位置可调探针分别通过导线连接至防护箱体外的高压偏置电源的高压端和地端； 3)射线发生装置激发放射源，通过射线照射装置向高深宽比结构驻极体样品发射射线，在射线覆盖的区域产生等离子体； 4)射线覆盖区域内的高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面之间的空气被电尚，充满等尚子体； 5)开启高压偏置电源，连接高压偏置电源的两个待极化的驻极体表面之间产生高压偏置电场，若射线强度剂量笔测量射线强度未超过安全阈值，则正常工作进入步骤6)，否则，若射线强度超过安全阈值，智能报警器报警并立即控制射线供电装置停止工作； 6)等离子体内的正电荷和负电荷在高压偏置电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现正电荷和负电荷分别被吸附在高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面； 7)在高深宽比结构驻极体样品的两个待极化的驻极体表面所吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束。6.如权利要求5所述的射线极化方法，其特征在于，在步骤7)中，经过大于10秒极化后，两个相对的驻极体表面吸附的电荷趋于饱和状态，极化结束；通过高压偏置电源的漏电流检测反馈功能观测漏电流是否趋于饱和。
【专利摘要】本发明公开了一种高深宽比结构驻极体的射线极化装置及其极化方法。本发明的射线极化装置包括：防护箱体、射线发生器、探针台组件和高压偏置电源；射线覆盖区域内的两个待极化的驻极体表面之间的空间充满高密度等离子体；接高电压与接地的两个待极化的表面之间形成了高压偏置电场；等离子体内的正电荷和负电荷在偏置高压电场的作用下分离并沿着相反方向移动，从而实现特定电性的电荷分别吸附在两个待极化的驻极体表面。本发明无需真空环境、结构简单、快速高效，实现了对高深宽比结构驻极体的极化；同时由于射线可穿透常规封装外壳，因此本极化方法不受封装工艺的影响；极化时间可从传统的电晕极化5～20分钟时间缩短到10秒量级。
【IPC分类】B81C1/00
【公开号】CN105036064
【申请号】CN201510409014
【发明人】冯跃
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年7月13日