微等离子体阵列器件光电特性与放电机理研究

微等离子体阵列器件是一种新型的放电发光器件，在生物医学、显示、光源、传感器等方面具有广阔的应用前景，受到国际上的广泛关注。由于放电空间小（数十到数百微米），放电气体的压强高（接近或超过大气压），微等离子体阵列器件表现出不同于常规等离子体放电器件的特性。目前，微等离子体阵列器件研究仍处于起步阶段，尚未得到一种长寿命放电稳定的器件结构；器件放电机理也有待于进一步进行研究。本项目将对新型微等离子体阵列器件，共面微等离子体阵列器件（CEMPD）结构设计与制作工艺、放电与发光特性测量、放电特性模拟以及驱动波形对器件光电特性影响进行探索和研究，设计并实现一种新型的微等离子体阵列器件结构，对数值模拟模型进行改进，使得数值模拟更能适合微等离子体器件，更好的揭示微等离子体的放电机理。研究结果对于揭示微等离子体放电机理，开发新型的微等离子体阵列器件具有重要的理论意义和应用价值。

微等离子体阵列器件是一种新型的放电发光器件，其放电被限制在10~200m的微小腔体内，放电所产生的等离子体相对于传统的非平衡态等离子体，具有等离子体密度大，等离子体温度高，不易从辉光过度到弧光等特点。在高光效光源、平板显示、传感器、等离子体微细加工、材料改性以及环境改善等方面，都有着巨大的潜在应用价值。. 本项目围绕微腔等离子体阵列器件的制备工艺、光电特性及其放电机理，进行了详尽的研究探索工作。研究内容及主要结果包括以下几个部分：. 设计了三种新型的微腔阵列器件：共面型密集孔微等离子体阵列器件，共面型氧化方槽结构微等离子体阵列器件和铝/氧化铝/多层电极结构微等离子体面阵列器件。三种器件都采用了铝箔作为基底，通过电化学刻蚀、电化学氧化等电化学工艺制备，具有制备工艺简单，放电稳定性好等特点。其中共面型微等离子体器件可以用于高分辨率的等离子体显示器件，申请了两项发明专利，其中一项已获授权。. 围绕铝箔为基底的微腔阵列器件的制备工艺，实验了电火花加工、激光加工、电化学加工等加工工艺。电化学制备工艺具有工艺成熟、成本低廉及可以制备大面积均匀器件的特点，但是针对铝箔的微腔阵列器件仍然是一个非常新的课题。通过实验确定了电化学刻蚀和电化学氧化的优化参数，通过电化学制备了微腔阵列器件样品。通过电化学氧化后再刻蚀氧化铝的方法可以得到垂直性非常好的腔体，从而实现方形的放电腔体。. 搭建了微等离子体阵列器件的测试平台，包括一套真空系统和一套驱动电路系统。其中驱动电路系统可以产生频率，脉宽可调的方波驱动信号和正弦波驱动信号。驱动电压最大为600伏，驱动频率可以从几个赫兹到300k赫兹。. 测量了微等离子体阵列器件的光电特性，发现在放电空间较大（300微米）时，器件点火电压随着工作气压的升高而升高，在放电空间尺寸（170微米）时，器件点火电压随着气压的升高而降低，到50千帕左右降到最低点，然后升高，而熄灭电压随气压升高而降低，到70千帕左右降到最低点，当气压接近大气压时，放电电流增大，放电出现不稳定现象。. 研究了微间隙平板DBD放电器件的放电规律，发现当放电间距减小的时候，较易实现均匀的辉光放电。而且放电功率密度增加。. 采用电沉积技术，在铝箔电极氧化后的多孔氧化铝层沉积了铜纳米线，另外一个电极采用ITO电极，发现器件具有二极管特性。