基于MEMS器件的微型化驻极体研究中的几个基本问题

驻极体是指具有长期储存电极化和空间电荷能力的功能电介质材料。当被应用于微电子机械系统（MEMS）时，大尺寸材料所具有的优异性能会变得很差。主要表现为：材料的荷电量减少、电荷存储稳定性降低、极化技术不能满足工艺要求。究其原因是现有研究都基于空间电荷驻极体，材料中电荷存储受陷阱密度限制，小尺寸化后，一方面受陷阱总量影响无法实现高荷电；另一方面表面电导增加导致稳定性降低。本课题组提出：选用极性氟碳聚合物THV为材料，将其中含有的四氟乙烯、六氟丙烯基团捕获的空间电荷和偏氟乙烯极性基团取向产生的偶极电荷相结合提高电荷密度，利用空间电荷与偶极电荷的相互钳制作用提高稳定性。本项目将就微型化驻极体电场的建立和驰豫、空间电荷和偶极电荷的相互作用规律、构筑基元的结构组成与电荷存储密度相关性等基本问题开展研究，揭示微型化驻极体性能特点，为实现驻极体在MEMS技术中的应用提供理论支撑。

驻极体是指具有长期储存电极化和空间电荷能力的功能电介质材料。当被应用于微电子机械系统（MEMS）时，大尺寸材料所具有的优异性能会变得很差。主要表现为：材料的荷电量减少、电荷存储稳定性降低、极化技术不能满足工艺要求等。针对上述问题，本项目在驻极体的电荷存储理论、驻极体的注极技术、新型驻极体材料的制备及应用等方面开展了卓有成效的研究工作，经过4年的努力，圆满完成了项目申请时提出的研究内容和目标。取得的成果主要有：1、提出了驻极体电荷存储的空间电荷与偶极电荷协同作用机制，并以此为指导，将具有优异空间电荷存储性能的材料与具有偶极电荷的材料复合，制备了由不同电介质材料构成的sandwich型复合膜驻极体，实现了材料中静电场的高密度和高稳定性；2、通过对现有聚合物驻极体材料的结构分析，提出了驻极体电荷捕获的"界面陷阱"思想，即空间电荷和偶极电荷在晶粒的两个端面上积聚，结晶区与结晶区及结晶区与非结晶区之间产生的界面极化是驻极体电荷的主要来源。依据"界面陷阱"思想，成功研制了聚丙烯原料特殊添加剂，通过提高结晶度并使结晶细化，显著提高了熔喷聚丙烯材料的电荷存储密度和过滤性能稳定性；3、在驻极体的制备技术研究中，创新和发展了电晕注极和热注极技术，成功制备了毫米尺寸栅型电场分布驻极体；4、在驻极体的应用研究中，创造性地提出了基于双极性驻极体的能量采集器件。.项目期间共发表期刊论文7篇、会议论文2篇，其中5篇被SCI收录、4篇被EI收录。获授权发明专利2项、实用新型专利2项，培养硕士研究生7人。