(57)【要約】  デバイスは、誘電体を、第１の導電層または基板の上に積層することによって作製される。第２の導電層または構造は、該誘電体層上に重ね合わされる。いくつかのデバイスにおいては、第２の導電層または構造及び該誘電体層を貫通するマイクロキャビティが形成される。他のデバイスにおいて、該マイクロキャビティは、該第１の導電層を貫通する。該第２の導電層または構造および該マイクロキャビティの内面は、第２の誘電体層で被覆される。そして、該マイクロキャビティには、放電ガスが充填される。適切な大きさの時間依存性電位が該導体間に印加され、マイクロプラズマ放電が該マイクロキャビティ内で生成される。これらのデバイスは、該導体が封止されて、該導体を、プラズマへの曝露による劣化から保護するため、寿命の延長を呈することができる。該デバイスのいくつかはフレキシブルであり、該誘電体は、ミラーとして機能するように選択することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体、あるいは、導電層で被覆された半導体または誘電体のうちの１つであり、基板（２１０、１０２０）の第１の面に開口するマイクロキャビティを含む前記基板と、
前記基板の第１の面と、前記マイクロキャビティの内面とを実質的に覆う誘電体層（１０２０、２２０）と、
第１の電極を形成する前記基板の第２の面に結合された電気接点（２２５、１０１０）と、
前記第１及び第２の電極への時間依存性電位の印加のために、前記誘電体層に対して遠位に配置された第２の電極と、
を備えるマイクロ放電デバイス。
【請求項２】
前記誘電体層は、第１の誘電体からなる層と、第２の誘電体からなる層とを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記マイクロキャビティは、前記基板の第２の面まで及んでいる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基板は半導体である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記基板は、金属及びポリマーの一方である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第２の電極は、誘電体を被覆したスクリーンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第２の電極は、第２の誘電体層で被覆されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記マイクロキャビティは、断面が台形、矩形及び円筒形のうちの１つである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記基板は、誘電体基板を備え、第１及び第２の面を含み、各面が導電層で被覆されており、それによって、前記第１及び第２の電極を形成し、
前記デバイスは、前記第１及び第２の電極への時間依存性電位の印加時に、マイクロ放電が生成されるように、前記マイクロキャビティ内に含まれた放電ガスまたは蒸気、またはガスと蒸気の混合物をさらに備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記誘電体層は、前記第１の面上で、前記導電層及びマイクロキャビティを実質的に覆う、請求項９に記載のマイクロ放電デバイス。
【請求項１１】
前記マイクロキャビティは、前記基板の第２の面上の導電層まで及んでいる、請求項９に記載のマイクロ放電デバイス。
【請求項１２】
前記デバイスはフレキシブルである、請求項９に記載のマイクロ放電デバイス。
【請求項１３】
前記基板は、前記第１の面及び第２の面を有するフレキシブル誘電体基板であって、前記第１の面が導電的に被覆されており、それによって前記第１の電極を形成し、前記第２の面が前記第１の面に実質的に平行であり、前記基板が、前記基板の第２の面に開口しているマイクロキャビティを有するフレキシブル誘電体基板と、
前記第１及び第２の電極への時間依存性電位の印加のために、前記第２の面の上に配置された第２の電極と、
前記電位の印加時に、マイクロ放電をサポートするために前記マイクロキャビティ内に含まれた放電ガスまたは蒸気、あるいは、ガスと蒸気の混合物と、
を備える、請求項１に記載のマイクロ放電デバイス。
【請求項１４】
マイクロ放電デバイスを製造する方法であって、
導電性基板、半導電性基板、または、導電層を有する誘電体を備える基板であって、前記基板が、少なくとも１つのマイクロキャビティを含み、該マイクロキャビティが、前記基板の第１の面に対する開口を含む前記基板を形成することと、
電気接点を、前記基板の第２の面に接続して、第１の電極を形成することと、
前記基板上、および前記マイクロキャビティ内に第１の誘電体層を堆積することと、
前記マイクロキャビティの開口、および前記第１の誘電体層に対して遠位に配置された第２の電極を設けることと、
前記マイクロキャビティを、特定の放電ガスまたは蒸気、あるいはガスと蒸気の混合物で充填することと、
を備える方法。
【請求項１５】
前記マイクロキャビティが、前記基板の第２の面まで及んでいる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第２の誘電体層を堆積することをさらに含み、前記第２の誘電体層が、前記第２の電極を実質的に覆っている、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積することと、
光放射が所定の波長で増加するように、前記第１及び第２の誘電体層の材料物質及び厚さを選定することと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の誘電体層上に第２の誘電体層を堆積することと、
光放射が所定の波長で増加するように、前記第１及び第２の誘電体層の材料物質及び厚さを選定することと、
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の電極を設けることは、前記第１の誘電体層上に導体を堆積して、前記第２の電極を形成することを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の電極を覆う第２の誘電体層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第２の電極を設けることは、スクリーンを設けることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つのマイクロキャビティを前記基板内に形成することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つのマイクロキャビティがウェットエッチングによって形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも１つのマイクロキャビティがマイクロマシニングによって形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板が半導体である、請求項１４に記載の方法。
【請求項２６】
前記基板は、金属層及びポリマーの一方である、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ放電デバイスに関し、特に、ＡＣ励起デバイス及びアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロプラズマ（マイクロ放電）デバイスは、ほぼ１０年にわたって開発されてきており、１０μｍ程度のマイクロキャビティを有するデバイスが製造されている。（マイクロキャビティは、約５００μｍ以下の特徴寸法（直径、矩形の長さ等）を有するキャビティである。）１０４ピクセル／ｃｍ２のパッキング密度に対して、〜４ｃｍ２のチップ面積において４×１０４ピクセル程度の大きさのマイクロプラズマデバイスからなるアレイが製造されている。さらに、可視光及び紫外線、環境計測及び半導体のプラズマエッチングにおける光検出のように様々な面積へのこれらのデバイスの適用が実証されており、いくつかは、現在、商業的可能性のために研究されている。今まで報告されたマイクロプラズマデバイスのほとんどは、ＤＣ電圧によって駆動されており、また、本質的に同種の材料からなる誘電体膜に組み込まれている。
【０００３】
マイクロプラズマデバイスのために構想された用途に関わらず、この技術の成功は、いくつかの要因に左右され、そのうちの最も重要なことは、製造コスト、寿命及び放射効率である。従って、製造コスト及び寿命に対応すると共に、大面積のデバイスを形成するデバイス製造の方法が非常に望ましい。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の実施形態においては、基板の第１の面に対して開口する１つ以上のマイクロキャビティを有する該基板を含むマイクロ放電デバイスが提供される。該基板は、例えば、半導体、金属、導電性ポリマー、または、導電層で被覆された非導電体（誘電体）とすることができる。電気接点は、該基板の第２の面に結合され、第１の電極を形成する。１つの誘電体層または複数の誘電体層は、該基板の第１の面及び該マイクロキャビティの内面を実質的に被覆する。第２の電極は、該誘電体層に対して遠位に配置され、“遠位に”という用語は、該基板と反対側の誘電体層の側での配置を示す。時間依存電位が、該第１及び第２の電極にわたって印加される。いくつかの実施形態において、該誘電体層は、第２の誘電体層上に第１の誘電体層を含んでもよい。他の実施形態においては、該第２の電極を実質的に被覆する追加的な誘電体層を堆積してもよい。
【０００５】
本発明の別の実施形態においては、マイクロ放電デバイス、またはデバイスのアレイを製造する方法が提供される。該方法は、マイクロキャビティを有する基板を形成することを含む。該マイクロキャビティは、該基板の第１の面に対する開口を含む。該基板は、半導体、金属、導電性ポリマー、または、導電膜またはシートに被覆されたまたは接合されたポリマーとすることができる。電気接点は、該基板の第２の（または、第１の）面に接続されて第１の電極を形成し、第１の誘電体層は、該基板の第１の面に堆積される。第２の電極は、該マイクロキャビティ開口に隣接して形成され、該第１の誘電体層に対して遠位に配置される。該マイクロキャビティには、特定の放電ガスまたは蒸気、あるいはガスと蒸気の混合物が充填される。特定の実施形態において、該マイクロキャビティは、該基板の第２の面まで及んでいる。いくつかの実施形態において、該第２の電極及び該マイクロキャビティの壁部を実質的に被覆する第２の誘電体層を堆積することができる。いくつかの実施形態において、該第２の電極は、スクリーンまたは導電膜とすることができる。
【０００６】
本発明のまた別の実施形態においては、マイクロ放電デバイスが提供される。該デバイスは、２つの面を有する誘電体基板を含む。該基板は、各面を導電層で被覆されている。少なくとも１つのマイクロキャビティが、該基板に形成される。このマイクロキャビティは、他の導電層まで及んでいてもよい。電気接点は、該基板の各面上の導電層に結合されて電極を形成する。該電極に印加される適切な大きさの時間依存電位は、該マイクロキャビティ内に、マイクロプラズマを点火することができる。このマイクロ放電デバイスは、有利には、少なくとも１つの方向においてフレキシブルとすることができる。
【０００７】
本発明の他の実施形態においては、フレキシブルマイクロ放電デバイスを製造する方法が提供される。該方法は、各面が導電層で被覆された誘電体基板を設けることと、該基板の第１の面にマイクロキャビティを形成することと、電気接点を各導電層に接続することとを含む。そして、該マイクロキャビティには、特定の放電ガスまたは蒸気、あるいはガスと蒸気の混合物が充填される。本発明の特定の実施形態において、該方法はさらに、該デバイスを少なくとも一方向に曲げる能力を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の上記の特徴は、添付図面を参照して、以下の詳細な説明を参照することにより、より容易に理解されるであろう。
この説明で、および何れかの添付請求項において用いる場合、“層”は、単一のステップまたは複数のステップ（例えば、堆積）で形成することができる。１つの層または構造は、他の構造または層に直接的に隣接させることなく、または接触させることなく、別の構造または層の上に形成し、または重ねることができる。
【０００９】
本発明の特定の実施形態において、マイクロキャビティ放電デバイスは、マイクロキャビティがその中に形成される導電性（または、半導電性）基板の第１の面を１つの誘電体層（または、複数の誘電体層）で保護することによって得られる。第１の電極は、該マイクロキャビティ開口に隣接して、該誘電体層の遠位に配置される。該第１の電極は、別の誘電体層で被覆される。電気的接触が該基板に対して行われ、第２の電極が形成される。該マイクロキャビティ（または、複数のマイクロキャビティ）は、放電ガスまたは蒸気で埋め戻されて、密封される。マイクロプラズマ放電は、適切な大きさの時間依存性（ＡＣ、パルス状ＤＣ等）励起電位が、２つの電極間に印加されたときに、該マイクロキャビティ内で点火することができる。電極腐食を無視することができ、また、誘電体膜を適切に選定すれば、化学侵食に耐えることができ、また必要に応じて、特定の波長領域に対して反射性にすることができるため、これらのデバイスは、従来のデバイスと比べて、寿命をかなり延ばすことができる。さらに、該基板が半導体である場合には、該基板は、ＶＬＳＩ処理技術により、正確に作り込むことができる。
【００１０】
本発明の実施形態においては、マイクロ放電デバイスを作製するプロセス１００が提供される。該プロセスのフロー図を図１に示す。図２は、該プロセスによって作製した例示的なデバイス２００の構造を示す。マイクロキャビティ２１２を含む導電性（または、導電層で被覆された、半導電性あるいは誘電性）基板２１０が形成される（ステップ１０５）。該基板は、第１の面２１４と、第２の面２１６とを含み、マイクロキャビティ２１２は、該基板の第１の面２１４に開口している。いくつかの実施形態において、該マイクロキャビティは、該基板の第２の面２１６まで及んでいてもよい。該基板は、Ｓｉ（ρ＝６〜８Ω−ｃｍ）（ただし、ρは抵抗率である）からなるｐ型ウェーハ等の半導体、金属、または金属／ポリマー構造とすることができる。本発明の特定の実施形態においては、逆ピラミッド形のマイクロキャビティが、ウェット処理により、該基板にエッチングされる。本発明の他の実施形態においては、異なる断面形状を有する様々なマイクロキャビティ２１２を作製することができる。Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２とすることができる第１の誘電体層２２０（典型的には、１μｍ以上の厚さ）が、マイクロキャビティ２１２の内面を含む、該基板の第１の面２１４上に形成される（ステップ１１０）。電気接点２２５は、該基板の第２の面（裏面）２１６に接続されて（ステップ１２０）、第１の電極を形成する。第１の誘電体層２２０が基板全体を覆って形成されている場合、該基板は、該基板に対する電気的接触を可能にするために、まず、該第２の面がエッチングされる。次いで、第２の電極２４０が、該マイクロキャビティ開口に隣接して、かつ第１の誘電体層２２０に対して（該基板に対して）遠位に設けられる（ステップ１３０）。
【００１１】
本発明の特定の実施形態において、上記第２の電極は、該マイクロキャビティ開口に隣接し、該第１の誘電体層上に堆積されたＮｉ等の導電体とすることができ、窒化シリコン等の第２の誘電体層２５０は、該第２の電極上に形成して（ステップ１６０）該電極を密封し、それによって該デバイスの寿命を延ばすことができる。本発明の別の特定の実施形態においては、この第２の電極は、様々な形（スクリーン、導電性ポリマーまたは半導体膜等）をとることができる。これらの形の電極は、該デバイスの寿命をさらに延ばすために、１つ以上の誘電体層によって被覆することもできる。選択したマイクロキャビティの形状に関係なく、キャビティ壁部の表面粗さ、および該マイクロキャビティ内の最終的な誘電体面を最小限にすることが、重要な考慮すべき事項である。
【００１２】
本発明の他の特定の実施形態においては、ポリイミド等の追加的な誘電体層２３０を、上記第２の電極を形成する導体が堆積される前に、該第１の誘電体層上に堆積することができる（ステップ１７０）。窒化シリコン等の追加的な誘電体層を、必要に応じて、該デバイスの上述した構造の何れかの上に堆積することができる。
【００１３】
上述したデバイス構造のいずれかが形成された後、該デバイスは、真空システムにより廃棄することができ、また、真空下で加熱して、該構造を脱気する。その後、該デバイス（または、デバイスからなるアレイ）内の該マイクロキャビティ（または、複数のマイクロキャビティ）は、所望の放電ガスまたは蒸気、あるいは、（複数のガスと蒸気の混合物を含む）ガスと蒸気の混合物で埋め戻すことができる（ステップ１８０）。このため、一般的には、陽極接合、積層、または、ガラスフリットまたはエポキシを用いた封止等の様々な周知のプロセスのうちの１つによって、該デバイスまたはアレイを封止することが望ましい。マイクロプラズマ放電は、時間依存性（ＡＣ、パルス状ＤＣ、バイポーラ等）励起電位２６０を上記電極間に印加することにより、該キャビティ内で点火することができる。
【００１４】
本発明の特定の実施形態において、Ｇｅの湿式化学エッチングは、断面が台形（傾斜した側壁及び平坦な底部）または三角形（すなわち、ピラミッド形マイクロキャビティ）であるマイクロキャビティをもたらす。さらに、台形断面のマイクロキャビティは、Ｓｉ中にも形成することができる。
【００１５】
マイクロ放電デバイスは、単一のピクセルでもアレイでも、図１のプロセスを用いて作製されてきた。該アレイは、一般的に、ＤＣで励起され、かつ該半導体電極上に誘電体膜を有していない初期のデバイスと比べて、（放射強度が）はるかに均一である。図３及び図４は、５０×５０μｍ２の逆ピラミッド形のＳｉデバイスからなる１０×１０ピクセルアレイの場合の電圧電流（Ｖ−Ｉ）特性を示し、この場合、Ｓｉ電極は、誘電体で被覆されている。しかし、第２の誘電体層２５０は、追加されていない。
【００１６】
図３のデータは、６００トールのＮｅを用いた動作の場合であり、一方、図４においては、Ｎｅの圧力は、７００トールである。外部バラストは必要ないことに注意する。いくつかの異なる周波数のバイポーラ電圧波形の場合のデータが示されており、絶縁破壊は、（所定の励起周波数“フォーク（ｆｏｒｋ）”に対するデータの場合）ほぼ同じ電圧の値、すなわち、−１９０Ｖで生じる。一定電圧の場合、ＲＭＳ電流は、ＡＣ周波数に伴って増加し、これは、該アレイの明るさを励起周波数で制御できることを意味することに注意する。該図の上部における標識付けは、１ピクセルあたりの平均消費電力を示す。これらの値の範囲は、〜０．５〜１．２５ｍＷ／ピクセルであり、これは、１００万ピクセルからなるアレイの場合、５００Ｗ〜１ｋＷに換算される。これらの電力消費レベルは、陽極を誘電体層２５０で被覆することにより、桁違いに低くすることが期待されている。より高いＮｅ圧力（図４、７００トール）の場合のデータは、１気圧で該アレイを作動させることが、パッケージングにとって最適であるため、わずかに低い電力消費／ピクセル、すなわち、好都合な結果を示す。
【００１７】
２７ピクセルを有し、かつＮｅ中で５ｋＨｚで作動するアレイの場合の仮寿命データを図５に示す。１００時間未満の連続動作の後、出力電力は、その初期出力の７１％まで降下するが、この減少のほとんどは、露出した電極による該ガスの毒の作用によるものである。残りの電極を作動させ、および被覆する前の該ピクセルのより洗練されたクリーニングは、寿命を劇的に延ばすと思われる。
【００１８】
実施例のプロトタイプの２００×２００ピクセルアレイは、湿式化学エッチングにより、ｐ型ウェーハ（ρ＝６〜８Ω−ｃｍ）内に形成された逆四角錐状マイクロキャビティを有するピクセルを備える。単一のピクセルの断面図が図２によって示されている。Ｓｉ基板の上面において、該ピラミッド形マイクロキャビティの寸法は、５０×５０μｍ２である。各ピラミッド形マイクロキャビティの先端は、Ｓｉ基板２１０の面２１４の下、３５μｍ未満のところに位置する。プラズマ化学気相成長法により、Ｓｉ基板全体を覆って、２μｍの窒化シリコンを堆積した後、電気接点を収容するために、該基板の裏面の誘電体内に開口がエッチングされる。該マイクロキャビティ開口の周辺には、１０μｍ未満のドライエッチング可能なポリイミドと、０．２μｍのＮｉとが堆積され、後者は、第２の電極として機能する。典型的には、２〜５μｍの厚さの窒化シリコンからなる第２の膜を該マイクロキャビティ及び基板面を覆って堆積させると、該デバイスが完成する。完成したアレイを１０−７トール未満まで脱気し、かつＮｅで埋め戻した後、５〜２０ｋＨｚの周波数のＡＣ（正弦波）電圧が、該Ｓｉ基板とＮｉ電極との間に与えられる。全ての実験は、静圧のＮｅを用いて室温で実行した。
【００１９】
５００〜９００トールのＮｅ中で作動し、かつ１０ｋＨｚの周波数で励起される２００×２００ピクセルアレイ（この場合も、（５０μｍ）２のデバイス）の場合の電圧電流（Ｖ−Ｉ）特性を図６に示す。全ての電圧は、ピークピーク（ｐ−ｐ）値に関して表され、点線の水平ラインは、ｐＮｅ＝９００トールの場合に、該アレイがその電圧で点火する電圧（±１Ｖ）を示す。アレイ作動電圧のｐＮｅに対する依存性の測定値は、駆動周波数が５、１０または１５ｋＨｚであるか否かに関係なく、５００≦ｐＮｅ≦９００トールの圧力の増加を伴って、単調な減少を示す。５００トールのＮｅの場合、ピークピーク作動電圧の範囲は、５ｋＨｚ及び１５ｋＨｚに対してそれぞれ〜７２５〜７８５Ｖであるが、ｐＮｅ＝９００トールに対しては、６６０〜６８０Ｖまで降下する。放射性出力電力のわずかな変動は、この圧力範囲に関して観測されるが、最大放射効率は、約７００トールのｐＮｅ及び１０〜１５ｋＨｚの励起周波数に対して生じる。
【００２０】
これまでに製造された４×１０４（２００×２００）の実施例プロトタイプピクセルアレイのうちの１つの写真を撮った。該アレイは、７００トールのＮｅ、１０ｋＨｚの励起周波数で作動させ、および〜３０ｍＡの電流で描いた。光学顕微鏡写真で観察したこれらのアレイの優れた特徴は、画素ごとの放射均一性であった。テレスコープ及びＣＣＤカメラを用いて、作動中の該アレイの一部を２つの倍率で示すイメージを獲得した。２００×２００アレイの１７×１３ピクセルセグメントによって生成された強度輪郭の誤ったカラーイメージが得られた。該ＣＣＤカメラに対して光学経路に挿入された減光フィルタは、該イメージを飽和させないようにする。該誤ったカラーイメージは、図の上部において、ディジタルイメージからのいくつかの“ラインアウト”の重ね合わせを示した。ピクセルの列及び行から得られたそれらのラインアウトは、ピクセルごとのピーク放射強度が、再現可能であり、かつ±１０％以内で均一であることを示した。
【００２１】
図７は、ピクセルの数に伴う、デバイス及びアレイの電力消費の変化を示す。単一のデバイス、および１０×１０、５０×５０及び２００×２００ピクセルアレイの場合の結果を示した。右側の座標及び白い点（すなわち、“ｏ”）は、該アレイ（または、単一のピクセル）によって消費された総電力を示し、一方、（左側の座標に関連する）黒い点は、該アレイの放射面積に対して標準化した場合のデータを示す。該アレイによって消費された総電力は、そのサイズに伴って増加し、ピクセルあたりの消費電力は、２００×２００アレイの場合の消費電力よりも、単一のピクセルの場合の方が２桁大きい。現在使用中の薄い（０．２μｍ未満）Ｎｉ膜の陽極における電流は、明らかに、この結果の要因であり、また、大きなアレイ及びより大きな光学出力／ピクセルを要する用途の場合、より厚く、場合によっては電気めっきした陽極が価値があることになる。
【００２２】
マイクロ放電デバイスのＡＣ励起は、特に、デバイスの寿命が特に重要である場合、ＤＣ駆動のマイクロプラズマアレイに対していくつかの明らかに有利な点を提供する。（図２における誘電体層等の）少なくとも１つの誘電体層は、プラズマと電極の間の物理的バリアを形成するため、イオン衝撃による陰極の腐食、または、電子のスパッタリングによる陽極の腐食は最小限に抑えられる。
【００２３】
本明細書において、およびいずれかの添付請求項において、１０ｃｍ未満の曲率半径で破壊（ｆｒａｃｔｕｒｅ）を伴わずにボディを曲げることができる場合、該ボディを“フレキシブル”と呼ぶ。“破壊”とは、変形によるボディの破損を意味する。“上方”及び“下方”及び“上に”は、説明に都合のよい相対語であり、該ボディの空間内での方向に関して限定するものではない。
【００２４】
本発明の別の実施形態においては、１つ以上の方向に曲がることが可能なマイクロキャビティ放電デバイスを形成するプロセスが提供される。該デバイスのための例示的な構造１０００、１００１を図８Ａ及び図８Ｂに示し、また、図９は、プロセス１１００のためのフロー図である。第１の導電膜１０１０は、誘電体基板１０２０上に被覆され、または、該誘電体基板に接合されて形成される（ステップ１１１０）。別法として、層１０１０。膜１０１０は、第１の誘電体層１０２０で被覆されている（ステップ１１２０）導電膜または基板である。第１の誘電体層または基板１０２０は、第１の面１０２２と第２の面１０２４とを含む。層１０２０が、導電膜または基板上に形成された誘電体層である場合、第２の導電膜１０３０は、該第１の誘電体層の第１の面１０２２上に堆積される（ステップ１１３０）。そして、マイクロキャビティ１０４０が、第２の導電層の第１の面１０３２に対する開口を伴って形成される（ステップ１１４０）。該マイクロキャビティは、マイクロ穿孔、化学エッチング、レーザ加工等によって形成してもよい。また、ＶＬＳＩ及びＭＥＭにおいて周知であるフォトリソグラフィ及びエッチングまたは光アプレーション技術を、マイクロキャビティのアレイを作製するのに用いることができる。該マイクロキャビティは、一般に、図１０Ａに示すように、少なくとも第１の誘電体層１０２０まで拡がっており、いくつかの実施形態においては、該デバイス全体を完全に貫通して拡がっている。電気接点１０５０、１０５２を、該第１及び第２の導電膜の各々に接続して（ステップ１１５０）、第１及び第２の電極を形成することができる。第２の誘電体層１０７０は、該第１の誘電体層に対して遠位の該第２の導電層の面１０３２上、および該マイクロキャビティの内面上に堆積することができる（ステップ１１６０）。これらの層の材料物質及び厚さは、該デバイスがフレキシブルになるようにすることができる。いくつかの実施形態において、フレキシビリティは、これらの層の面に垂直な方向の屈曲に限定されるが、他の実施形態においては、このようなフレキシビリティは、これらの層の面の横断方向も含んでもよい。
【００２５】
本発明の別の特定の実施形態においては、誘電体層１０２０上に導電層を堆積する代わりに、第２の電極が、第１の誘電体層１０２０の第１の面１０２２の上に配置される。該第２の電極は、誘電体層で被覆してもよい。
【００２６】
本発明の特定の実施形態において、該デバイス全体の厚さは、約５０μｍであり、該マイクロキャビティ開口の特徴寸法は、約５０〜１００μｍである。
上述したデバイス構造のいずれかが形成された後、該デバイスは、真空システムにより排気することができ、また、真空下で加熱して、該構造を脱気してもよい。その後、該デバイス（または、デバイスからなるアレイ）内のマイクロキャビティは、所望のガスまたは蒸気、あるいは、ガスと蒸気の混合物で埋め戻すことができる（ステップ１１７０）。このため、一般的には、陽極接合、積層またはエポキシを用いた封止等の様々な周知のプロセスのうちの１つにより、（選択した材料物質により）該デバイスまたはアレイを封止することが望ましい。マイクロプラズマ放電は、上記電極間に、（適当な大きさの）時間依存性（ＡＣ、パルス状ＤＣ等）励起電位を印加することにより、該キャビティ内で点火することができる。
【００２７】
多くのこれらのデバイスを作製し、特徴付けられてきた。図９のプロセスによって作製されたデバイスからなるアレイの光学顕微鏡写真を撮った。これらのアレイの優れた特徴は、別のマイクロキャビティ放電デバイス構造に関して上述したように、ピクセルごとの放射の均一性である。該デバイス製造の他の魅力的な態様は、そのロバストな性質である。テストは、例えば、図１０Ａの層１０３０を引っかくことができ、マイクロキャビティ１０４０を、ピクセル間の断面を不規則にすることができ、また、該マイクロキャビティを膜（または、基板）１０１０を完全に貫通して伸ばすことができ、さらに、該デバイスは、それでも良好に機能することを示している。典型的には、１μｍ以上の厚さである誘電体層１０７０の存在は、このような結果の大きな要因である。図１０は、放電ガスの圧力の関数としての、図８Ｂのデバイスの１２×１２ピクセルアレイの場合のピークピーク“ターンオン”電圧を示すグラフである。各マイクロキャビティは、直径が約１００μｍであり、ＡＣ（正弦波）励起周波数の３つの値の場合の結果を示す。図１１は、７００トールのＮｅ圧力における１２×１２アレイの場合の電圧電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す。該マイクロキャビティには、７００トールでＮｅガスが充填されており、放電は、いくつかのＡＣ周波数で励起する。図１２は、９００トールのＮｅガス圧力で、図８Ｂのデバイスの１２×１２ピクセルアレイの場合の電圧電流（Ｖ−Ｉ）特性のグラフである。
【００２８】
図２に戻って、本発明の別の実施形態においては、第１及び第２の誘電体層２２０及び２５０は、これらの光学的及び電気的（及び保護的）特性に対して選択することができる。マイクロキャビティ２１２内でのマイクロ放電が、１つ以上の波長を生成し、該マイクロキャビティからその光を効率的に抽出した場合、層２２０及び２５０のために選択した材料物質及びそれらの厚さは、ミラーとして機能するように選択することができる。屈折率が“高”から“低”に変わる誘電体膜の積層体を備える誘電体ミラーが当分野で周知である。レーザ用に製造されたミラーは、一般に、奇数の誘電体層と、（ＨＬ）ｎＨで示される構造とを有し、ただし、Ｈは、高屈折率の誘電体からなる層を示し、Ｌは、低屈折率の誘電体からなる層を示し、ｎは、層のペアの数を示す。層２２０及び２５０に用いられる誘電体ミラーは、当該波長（及び視角）で、高反射率が実現されるように、適切な屈折率及び膜厚を有するように選択することができる。二酸化ケイ素に加えて、ミラーにも使用される良好な電気特性を有する他の誘電体は、窒化シリコン、ポリイミド及び二酸化チタンである。５００ｎｍの波長において、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、ポリイミド及びＴｉＯ２膜の屈折率は、それぞれ、〜１．４５、〜２．０、（ポリイミド構造により）〜１．６〜１．８および〜２．６２である。２層“スタック”（図２の層２２０及び２５０）は、適当な誘電体を用いた場合、可視光において相当の反射率をもたらすことになる。より高い反射率が所望される場合には、１つ以上の追加的な誘電体を、図２の層２５０の上に堆積することができる。また、逆もまた真である、すなわち、上記第１及び第２の（ならびに追加的な）誘電体層を、該マイクロキャビティからの特定の波長の放射を抑えるように設計することができることに留意すべきである。マルチ誘電体層の反射性または“バンドストップ”被覆のデザインは、光学分野において周知である。同様の方法は、図８Ｂに示したデバイス等の上述したフレキシブルマイクロキャビティ放電デバイスに用いることができる。
【００２９】
同様に、当然、本発明が、上述した詳細な説明の態様に限定されないことは明白である。記載したようなこの発明の様々な変形及び変更は、添付請求項で定義されたこの発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、当業者には、はっきり理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態によるマイクロ放電デバイスを製造するプロセスのフロー図を示す。
【図２】図１のプロセスによって形成されたデバイスの断面図を示す。
【図３】６００トールでＮｅガスが充填された図２のデバイスの１０×１０ピクセルのアレイの場合の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性のグラフである。
【図４】７００トールでＮｅガスが充填された図２のデバイスの１０×１０ピクセルのアレイの場合の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性のグラフである。
【図５】２７ピクセルアレイの場合の初期寿命を示す。
【図６】１０ｋＨｚの周波数で励起され、図２のデザインに従って製造された、５００〜９００トールのＮｅで作動する２００×２００ピクセルアレイの場合の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す。
【図７】図１のプロセスに従って製造されたデバイスのためのピクセルの数に対する、デバイスの変形例、およびアレイ電力消費を示す。
【図８】図８は、本発明の追加的な実施形態のフレキシブルマイクロ放電デバイスの断面図、図８Ｂは、本発明の追加的な実施形態のフレキシブルマイクロ放電デバイスの断面図を示す。
【図９】図８Ａ及び図８Ｂの実施形態によるフレキシブルマイクロ放電デバイスを製造するプロセスのフロー図を示す。
【図１０】図８Ｂのデバイスの１２×１２ピクセルアレイの場合の作動電圧を示すグラフである。
【図１１】７００トールでＮｅガスが充填された図８Ｂのデバイスの１２×１２ピクセルのアレイの場合の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性のグラフである。
【図１２】９００トールでＮｅガスが充填された図８Ｂのデバイスの１２×１２ピクセルのアレイの場合の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性のグラフである。
【図２】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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