金刚石－铂薄膜型电极制造技术

本实用新型专利技术金刚石－铂薄膜型电极，属于通过测试电化学变量测试或分析材料，特别是生物物质用的测试电极，其特征在于避免使用钛或铬过渡层而形成硅衬底－－金刚石薄膜－－铂薄膜和银薄膜结构。铂工作电极可制成微阵列结构以提高响应电流。衬底硅片也可剥离制成超薄型电极。本实用新型专利技术响应电流大，化学稳定性好，寿命长，工艺与微电子工艺相容，在临床医学、食品工业及生化、生物工程中可广泛使用。（*该技术在2003年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本技术金刚石——铂薄膜型电极，特别涉及一种金刚石——铂薄膜结构的微型电化学电极，属于通过测试电化学变量来测试或分析材料，特别是生物物质用的测试电极。目前，在临床医学、食品工业、生化和生物工程等领域，大量使用铂电极。其电化学原理是在电极上加一定电压，其表面发生氧化还原反应而产生电流，参与氧化还原反应的物质与所加电压有关，电流大小与反应物浓度有关。例如，在铂电极上加0.7伏电压（相对于常用的银／氯化银参比电极），在其表面发生下列反应：H2O2(Pt)/()→O2＋2H＋＋2e－产生的响应电流正比于过氧化氢浓度，经过核正后，测定响应电流的大小，可以得到过氧化氢的浓度。若在铂电极上固定酶等生物材料，通过酶的催化，可生成过氧化氢，从而可以测定多种生物物质，例如葡萄糖（Biosensors＆BioelectronicsV6，pp552，1991）、乳糖（AnalChimActaV126，pp23，1991）、胆固醇（AnalLettV12，pp1477，1979）、卵磷脂（BiotechnolBioengV22，pp1071，1980）、胆红素（AnalChimActaV134，pp359，1982）等的含量。近年来，用微电子平面工艺使这类铂电极小型化、微型化（Bio－sensors＆BioelectronicsV6，pp555，1991）。电极的小型化有利于在线、在体分析，而且还具有常规电极所没有的优点，如极高的稳态电流密度、极短的响应时间和小的电势降，可应用于瞬态过-->程研究及高阻抗电介质和流动体系。由于微电极响应电流小，可采用微电子平面工艺将多个微电极并联，称为微阵列电极（AnalChemV62，pp2625，1990），不仅提高了响应电流，而且可用微电子工艺大批量生产，降低生产成本。现有的微电极及微阵列电极是在高绝缘衬底材料，例如玻璃、陶瓷或沉积了二氧化硅的硅片上制作铂电极（Sensors＆ActuatorsV.B1，pp518，1990）。为使铂电极能与衬底材料结合牢固，必须在沉积铂薄膜前，先沉积钛或铬过渡层。这不仅使工艺更为复杂，更严重的是铂／钛复合膜和二氧化硅在测试介质中长期工作后，钛层易受电介质溶液腐蚀，加上多层膜的内应力，既影响电极的电化学特性，而且造成复合膜剥落，降低寿命并使电极失效。此外，这类复合膜结构的电极响应电流较小，灵敏度低。本技术的目的是针对上述现有技术的不足，避免使用过渡层钛或铬，而直接在衬底上沉积金刚石薄膜和铂膜，形成一种新的金刚石——铂薄膜型电化学电极。本技术包括硅片衬底、铂工作电极和对电极、银参比电极，其特征在于衬底硅片上有一金刚石薄层，工作电极和对电极的铂薄膜和参比电极的银薄膜都制在金刚石薄膜上，电极之间由氮化硅相互绝缘。本技术的金刚石薄膜厚度为2－10微米，铂膜厚度为100－400纳米，参比电极的银膜厚度为200－500纳米。本技术的电极还可以制成多个铂电极并联的微阵列结构以提高其响应电流。本技术的金刚石薄膜厚度可以更厚，当金刚石厚度在10－-->100微米时，可以将衬底硅片剥离，制成超薄型金刚石——铂电极。本技术的电极是在硅片衬底上用化学气相沉积方法（CVD）制备金刚石薄膜，然后用光刻方法在给定区域蒸发铂和银，分别作为工作电极、对电极和参比电极。除去光刻胶后，在金刚石膜上留下金属图形电极。再在其上生长一层氮化硅绝缘层，厚度与铂层相当。用反应离子刻蚀方法除去工作电极、参比电极和引线脚上的绝缘层。划片后将芯片粘合在印刷电路板上，引线后封装。在三氯化银溶液中将银层表面形成银／氯化银参比电极。按不同使用需要在铂工作电极上固定各种酶，即得到各种测试电极。本技术的金刚石——铂薄膜电极没有钛或铬过渡层，从而避免了使用过渡层和二氧化硅所产生的缺点，其响应电流比有过渡层的电极要高。本技术采用的金刚石薄膜有极佳的化学稳定性，能抵御电介质溶液的侵蚀，有极高的电阻率和致密性，与铂等贵金属有极好的粘附性，因此，即使在强酸、强碱中也不会造成铂层脱落，保证了电极的可靠性，大大延长了电极的寿命。金刚石薄膜比二氧化硅有更好的机械性能，甚至可以从硅衬底上剥离，制成超薄型电极。另外，金刚石薄膜与生物组织的相容性好，可以将电极植入人体，进行在体、在位分析。本技术的工艺与微电子工艺相容，容易大规模生产以降低成本，且可方便地制得微阵列电极，使响应电流进一步提高。在临床医学、食品工业、生化和生物工程等领域有广泛的应用前景。图1表示本技术的一个实施例——微阵列电极的顶视图，图2是图1实施例的A——A′剖面图。有了本实施例，当然，单个电极或按不同需要制作其它尺寸的电极在结构上都是相似的。-->图1与图2中1是硅片，2是用热丝CVD法制备的金刚石薄膜，厚度为2－10微米，本征金刚石的室温电阻率可达109Ω－cm以上。3是蒸发的铂膜形成的铂工作电极，厚100－400纳米。本实施例的微阵列电极的铂工作电极层在600微米宽度内光刻出20条宽为5微米的电极线条。4是氮化硅绝缘膜，用于铂工作电极、对电极和参比电极之间的绝缘，氮化硅膜厚100－400纳米。5是银／氯化银参比电极，6是固定在铂工作电极上的酶，7为对电极。以下说明几个本技术的应用实例：1.葡萄糖电极：在本技术的铂工作电极上固定葡萄糖氧化酶，然后浸入不同浓度的葡萄糖溶液中，测得不同葡萄糖溶液浓度的响应电流。在葡萄糖溶液浓度为0.5－12m.mol／L时，响应电流与浓度呈线性关系，灵敏度为58.8nA／（m.mol／L）。2.过氧化氢电极：将本技术的电极（没有酶）置于待测液体中（例如牛奶），从响应电流可测得过氧化氢含量。线性范围为10－4－10－3mol／L。3.胆固醇电极：在本技术的铂工作电极上固定胆固醇氧化酶，可测定10－7－8×10－5mol／L的胆固醇，响应时间小于5分钟。4.卵磷脂电极：在本技术的铂电极上固定磷脂酶D和胆碱酶，可测定3克／升的卵磷脂，响应时间4分钟。5.乙醇电极：在本技术的铂电极上固定乙醇脱氢酶，可测定10－4－10－5mol／L的乙醇浓度，响应时间5分钟。6.胆碱电极：在本技术的铂电极上固定胆碱氧化酶，可测-->定高达2×10－5mol／L的胆碱浓度。此外，用本技术还可测定草酸、乙酸胆碱、胆红素、肌酸酐、半乳糖、乳糖、蔗糖、丙酮酸脂等生物物质的含量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金刚石－铂薄膜型电极，包括硅片衬底、铂工作电极和对电极、银参比电极，本实用新型的特征在于衬底硅片上有一金刚石薄层，工作电极和对电极的铂薄膜和参比电极的银薄膜制在金刚石薄膜上，电极之间由氮化硅相互绝缘。

【技术特征摘要】
1、一种金刚石-铂薄膜型电极，包括硅片衬底、铂工作电极和对电极、银参比电极，本实用新型的特征在于衬底硅片上有一金刚石薄层，工作电极和对电极的铂薄膜和参比电极的银薄膜制在金刚石薄膜上，电极之间由氮化硅相互绝缘。2、按权利要求1所述的电极，其特征在于金刚石薄膜的厚度为2－10微米，...

【专利技术属性】
技术研发人员：章熙康，朱建中，
申请(专利权)人：中国科学院上海冶金研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]