具有将电极彼此隔离的屏障的电化学传感器及其形成方法技术

电化学传感器(100)包括在其上形成电解质(114)的至少两个电极(110A、110B)。电极彼此隔离，以便在电极处发生还原/氧化反应并使电流在它们之间流动。本公开描述了在电化学传感器中使用屏障(121)，被配置为为了防止电极短路而将电极彼此隔离。此外，屏障的物理结构也可以用作模板以塑造电极。以用作模板以塑造电极。以用作模板以塑造电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有将电极彼此隔离的屏障的电化学传感器及其形成方法


[0001]本专利技术涉及一种具有屏障的电化学传感器。本专利技术还涉及形成这种具有屏障的电化学传感器的方法。

技术介绍

[0002]电化学气体传感器可以包括基板，两个或更多电极和电解质驻留在该基板上。申请人的共同未决申请US 15/251833中公开了这种传感器的示例，该申请通过引用并入本文。电极或电解质通过设置在外壳的一部分中的一个或多个孔或孔暴露于自然环境。例如，可以在形成电极和电解质的基板中提供多个毛细管。当某些气体通过开口进入装置时会发生电化学反应，这可通过与电极的连接进行检测。

技术实现思路

[0003]电化学传感器通常包括至少两个电极，在其上形成电解质。电极必须彼此隔离，以便在电极处发生还原/氧化反应并使电流在它们之间流动。本公开提出了在电化学传感器(以下也称为“装置”)中使用屏障，被配置为将电极彼此隔离以防止电极短路。此外，屏障的物理结构也可以用作模板以塑造电极。
[0004]根据本公开的第一方面，提供电化学传感器，包括：基板，具有形成在其中的一个或多个气体传输开口，所述开口布置为允许气体通过所述基板；两个或更多电极；用于所述两个或更多电极的屏障；和形成在所述屏障和所述两个或更多电极上的电解质，其中所述屏障被配置为将一个电极的至少一部分与另一电极的一部分隔离。
[0005]屏障是物理屏障，其防止电极的至少一部分流入半导体器件的其他区域。特别是，屏障的作用是防止电极的至少一部分流入另一电极的一部分，在这种情况下，两个电极之间会发生短路。该屏障还用作两个电极之间的电屏障；它可以由电绝缘材料制成，例如聚合物(如聚酰亚胺)或光致抗蚀剂(如SU8)。屏障材料优选也是可光限定的，以便它可以容易地印刷到装置的基板或上层，或者可以在沉积后进行蚀刻。
[0006]除了防止电极短路外，屏障提供的另一个优点是，与没有屏障的装置相比，可以将电极印刷得更紧密，从而可以制造更小、更便宜的传感器。屏障还允许使用更高粘度的油墨来印刷电极，因为它们将电极彼此隔离，从而防止电极油墨从一个电极流向另一个电极。
[0007]两个或更多电极在电化学传感器的上表面上形成图案，其中上表面可以是绝缘层、导电轨道、粘合层或钝化层。一个或多个突起还可以形成在电化学传感器的上层之上，并且它们可以至少形成在两个或更多电极之间，以被配置为用作屏障来防止两个或更多电极彼此接触。
[0008]通过“在
…
上”，可以理解，这是指如图所示的电化学传感器的取向，而不是使用中的电化学传感器取向。
[0009]在某些情况下，仅提供一个气体传输开口。所述单个气体传输开口可以位于基板的中心，并且还与至少一个电极对齐。或者，所述单个气体传输开口可以从基板的中心偏
移。单个气体传输开口或毛细管的尺寸可以与多个气体传输开口或者毛细管的尺寸相同，例如小于100微米或者200微米，或者10微米，并且可以以相同的方式制造，例如，使用干蚀刻或者湿蚀刻。
[0010]为了将一个电极的至少一部分与另一电极的一部分隔离，屏障的最高高度可以至少等于两个或更多电极的最高高度，并且优选地，屏障的最高高度可以至少是两个或更多电极的最高高度的两倍。在这种配置中，屏障的高度充当物理屏障，以防止一个电极的部分流入另一电极的部分。
[0011]屏障高度的范围可以从10微米到200微米。所需的高度可以由需要隔离或分离的电极的厚度以及印刷时电极的接近度来确定。在一些示例中，屏障的高度可至少为25μm。或者，屏障的高度可至少为50μm。
[0012]为了进一步增强屏障的稳健性，屏障可被配置为形状良好，具有围绕凹陷的两个峰，两个峰优选间隔至少0.02毫米。换句话说，屏障可以是双壁的。凹陷的最低高度可以至少等于两个或更多电极的最高高度。如果一个电极的一部分溢出屏障内壁，则它可位于屏障的两个壁之间，即在凹陷中，并防止其流过屏障外壁。
[0013]电化学传感器还可以包括上部绝缘层，该上部绝缘层具有一个或多个开口，被配置为容纳两个或更多电极。上部绝缘层可以是例如钝化层。屏障可以布置在绝缘层上。在一些替代示例中，屏障可以与钝化层一体形成。屏障可以优选地被配置为也容纳两个或更多电极，使得两个或更多电极至少部分地由屏障限定。
[0014]用于电极的屏障的外周边可以被构建为围绕上部绝缘层中的开口的附加层，然后电极可以形成在屏障内和上部绝缘层的开口内。或者，屏障可以在上部绝缘层的开口内形成为“桶(tub)”，并且电极可以丝网印刷或沉积到桶中。桶的壁防止电极溢出到电化学传感器或另一电极的其他区域中。作为在添加工艺中创建屏障的替代方法，可以通过移除工艺形成屏障，例如蚀刻上部绝缘层，以使生成的图案化上部绝缘层形成屏障。
[0015]在用于印刷电极的光刻或丝网印刷技术中，通常需要模板来勾勒电极的形状。然而，在上述情况下，屏障可以用作形成两个或更多电极的模板，并且不需要单独的模板。
[0016]屏障可以布置成围绕至少一个电极。优选地，屏障可以布置成围绕电极的每个部分并勾勒出其轮廓。屏障还可以基本上布置在至少两个电极之间，以便将两个或更多电极的一部分彼此隔离。优选地，屏障布置在电极之间，以便将两个电极的每个部分彼此完全隔离。
[0017]电化学传感器还可以包括用于容纳电解质的帽。屏障还可以形成为与帽上的突起对齐，使得在使用中屏障还起到包含或容纳电解质的作用。当屏障由粘合剂或粘合材料制成时，它们也可用于将帽连接到电化学传感器的上表面。还可以在至少一个电极的外部和/或周围设置屏障，以保护电极不受帽的影响。
[0018]根据本公开的第二方面，提供电化学传感器，包括：基板，具有形成在其中的一个或多个气体传输开口，所述开口布置为允许气体通过所述基板；在所述电化学传感器的上表面上形成为图案的两个或更多电极；一个或多个突起，也形成在所述电化学传感器的上表面上，并且至少形成在所述两个或更多电极之间；形成在所述屏障和所述两个或更多电极上的电解质，其中所述一个或多个突起被配置为用作屏障以防止所述两个或更多电极彼此接触。
[0019]与第一方面一样，所述一个或多个突起充当物理屏障，通过防止电极的至少一部分流入另一电极的一部分(这将导致电极短路)来防止两个或更多电极彼此接触。屏障还充当两个电极之间的电屏障。
[0020]上表面可以是绝缘层、导电轨道、粘合层或钝化层。在一个示例中，可以围绕已被蚀刻掉的绝缘层中的开口构建屏障。
[0021]根据本公开的第三方面，提供一种形成电化学传感器的方法，该方法包括以下步骤：提供具有一个或多个气体传输开口的基板，所述开口布置成允许气体通过所述基板；形成用于两个或更多电极的屏障；形成两个或更多电极；在所述屏障和所述两个或更多电极上形成电解质，其中所述屏障被配置为将一个电极的至少一部分与另一电极的一部分隔离。
[0022]同样，与第一和第二方面一样，通过形成被配置为将一个电极的至少一部分与另一电极的一部分隔离的屏障避免电极之间的短路。屏障还充本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电化学传感器，包括：基板，具有形成在其中的一个或多个气体传输开口，所述开口布置为允许气体通过所述基板；两个或更多电极；用于所述两个或更多电极的屏障；和形成在所述屏障和所述两个或更多电极上的电解质，其中所述屏障被配置为将一个电极的至少一部分与另一电极的一部分隔离。2.根据权利要求1所述的电化学传感器，其中所述屏障的最高高度至少等于所述两个或更多电极的最高高度，并且优选地其中，所述屏障最高高度至少是所述两个或更多电极最高高度的两倍。3.根据权利要求1或2所述的电化学传感器，其中所述屏障的高度至少为25μm。4.根据任一前述权利要求所述的电化学传感器，其中所述屏障壁的形状良好并且具有包围凹陷的两个峰。5.根据权利要求4所述的电化学传感器，其中所述凹陷的最低高度至少等于所述两个或更多电极的最高高度。6.根据任一前述权利要求所述的电化学传感器，其中所述电化学传感器还包括上部绝缘层，该上部绝缘层具有被配置为容纳所述两个或更多电极的一个或多个开口。7.根据权利要求6所述的电化学传感器，其中所述屏障布置在所述上部绝缘层上。8.根据权利要求6或7所述的电化学传感器，其中所述上部绝缘层是钝化层。9.根据权利要求6至8中任一项所述的电化学传感器，其中所述屏障优选地被配置为也容纳所述两个或更多电极，使得所述两个或更多电极至少部分地由所述屏障限定。10.根据任一前述权利要求所述的电化学传感器，其中所述屏障用作形成所述两个或更多电极的模板。11.根据任一前述权利要求所述的电化学传感器，其中所述屏障布置成围绕至少一个电极。12.根据任一前述权利要求所述的电化学传感器，其中所述屏障...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：亚德诺半导体国际无限责任公司，
类型：发明
国别省市：