[發明專利]一種用于微電極接觸的過載保護裝置及其制備和使用方法

有效

• 申請號: 201410135212.0
• 申請日: 2014-04-04
• 公開（公告）號: CN103928606A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 程廣貴;張偉;丁建寧;張忠強;郭立強;石陽陽;凌智勇
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: H01L41/047
• 分類號: H01L41/047;H01L41/29
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種用于微電極接觸的過載保護裝置，其特征在于：所述過載保護裝置由載流單元和相變激發單元組成，所述載流單元由載流上電極層和載流下電極層組成，載流上電極由上電極層和電極基底組成，載流下電極由下電極層、上絕緣層、下絕緣層和基底組成；相變激發單元包括相變激發上下電極、相變薄膜、相變恢復電路和采樣電阻；

相變薄膜位于相變激發上下電極之間；相變激發下電極往下依次為下絕緣層和基底；

相變激發上電極往上依次為上絕緣層、下電極、上電極和電極基底；

相變恢復電路與采樣電阻并聯，并聯電路的第一端與外電路接線柱相連，第二端分別與下電極、相變激發上電極相連，第三端與相變激發下電極連接，上電極通過引線與外電路接線柱相連。

2.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置，其特征在于：所述相變恢復電路由導線、包括紐扣電池或集成電壓源在內的相變恢復電壓源和包括按鈕開關在內的相變恢復電路導通按鈕構成，相變恢復電壓源通過導線與相變恢復電路導通按鈕并聯后再與采樣電阻并聯；所述相變恢復電壓源的電壓值大于相變薄膜的相變閾值電壓。

3.??如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置，其特征在于：所述相變薄膜為GST薄膜，GST薄膜根據靶材的成分為Ge₁Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₅或Ge₁Sb₄?Te₇。

4.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于包括如下步驟：

（1）在基底材料表面利用化學氣相沉積法或濺射方法生長下絕緣層；

（2）在下絕緣層表面利用濺射工藝或蒸發工藝沉積一層導電金屬或其合金作為相變激發下電極；

（3）在相變激發下電極上利用磁控濺射制備GST相變薄膜，然后再在GST相變薄膜上濺射一層導電金屬或其合金作為相變激發上電極；

（4）在相變激發上電極上依次濺射上絕緣層和下電極層；

（5）在電極基底上采用濺射方法制備上電極層；

（6）將所制備的載流上電極與載流下電極結構放入夾具中，并使上電極與下電極正面相對疊在一起，然后夾緊固定；

（7）采用微加工工藝將金絲導線分別與所述的四個電極層鍵合相連；

（8）將相變恢復電路與采樣電阻并聯，并聯電路的第一端與外電路接線柱相連，第二端分別與下電極、相變激發上電極相連，第三端與相變激發下電極連接，上電極通過引線與外電路接線柱相連；

（9）采用環氧樹脂對上述結構進行包覆封裝。

5.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于：所述下絕緣層的厚度為50?~?200?nm；所述相變激發下電極的厚度為50~100nm；所述GST相變薄膜的厚度為300~500nm；所述相變激發上電極的厚度為50~100nm；所述上絕緣層的厚度為50~200nm；所述下電極層的厚度為500~1000nm；所述上電極層的厚度為500~1000nm。

6.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于：所述基底材料和電極基底材料為單晶硅片或玻璃。

7.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于：所述上下絕緣層為Si₃N₄或SiO₂薄膜。

8.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于：所述微加工工藝包括但不限于磁控濺射、蒸發和化學氣相沉積工藝。

9.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的制備方法，其特征在于：所述導電金屬或其合金指金、銀、銅、鋁或其合金材料構成的良導體。

10.如權利要求1所述的一種用于微電極接觸的過載保護裝置的使用方法，其特征在于：過載保護裝置接入外電路，電流流經采樣電阻，再通過導線由下電極流向上電極；當外電路電流小于閾值電流Ia=Ua/R時，其中R為采樣電阻的阻值，Ua為GST的相變閾值電壓，采樣電阻兩端的電壓U小于GST的相變閾值電壓Ua，材料不發生相變，上電極、下電極處于閉合狀態；當外電路電流大于閾值電流Ia時，采樣電阻兩端的電壓U大于GST的相變閾值電壓Ua時，GST薄膜發生相變收縮，下電極在相變激發上電極、上絕緣層的帶動下向下運動，使上電極、下電極分開，切斷外電路電流；故障解除時，按壓相變恢復電路導通按鈕，相變恢復電壓源的電壓值大于相變閾值電壓，借助相變恢復電壓源完成GST薄膜的相變恢復，實現上電極、下電極導通。