[發(fā)明專利]納米微電極及制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810033265.6
• 申請日: 2008-01-30
• 公開（公告）號: CN101306794A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李剛;周洪波;孫曉娜;朱壯暉;姚源;趙建龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: B81B7/02
• 分類號: B81B7/02;B81C1/00;G01N27/30
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所
• 代理人: 余明偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米微電極及制作方法。

背景技術(shù)

目前，電極被廣泛地應(yīng)用于電生理、電化學(xué)、環(huán)境監(jiān)測以及器官修復(fù)等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，電極作為環(huán)境(常為液相環(huán)境)與后端處理電路的橋梁，其性能直接影響著整個系統(tǒng)性能的發(fā)揮。微機電(Micro-Electro-Mechanical?System，MEMS)工藝的發(fā)展使得電極朝微型化(微電極)的趨勢發(fā)展。微電極有很多優(yōu)勢，例如，(1)空間分辨率高；(2)對現(xiàn)場的破壞程度小；(3)信息高通量；(4使)用微電極陣列能與大面積的實際環(huán)境交互等。由于微型化的趨勢限制了電極上電極位點的尺寸，使得電極位點的尺寸越來越小(例如微米量級)。然而小面積的電極位點導(dǎo)致了微電極擁有較高的界面阻抗，進(jìn)而制約了微電極性能。

為了解決這個矛盾，現(xiàn)通過兩個途徑來解決這個問題：(1)使用高電學(xué)性能的材料：如Weiland，J.D.在文獻(xiàn)“Weiland，J.D.and?M.S.Humayun，A?biomimetic?retinal?stimulatingarray.Engineering?in?Medicine?and?Biology?Magazine，IEEE，2005.24(5)：p.14-21.”中披露氧化銥材料(界面電容約為3mC/cm²)具有10倍于常用鉑材料(界面電容約為0.3mC/cm²)的電學(xué)性能，因而選用氧化銥材料制作的電極能獲得更好的電學(xué)性能；(2)增加電極位點的有效表面積：如Hung，A.在文章“Hung，A.，et?al.，Micromachined?electrodes?forhigh?density?neural?stimulationsystems.Micro?Electro?Mechanical?Systems，2002.TheFifteenth?IEEE?International?Conference?on，2002：p.56-59.”中披露通過在電極表面制作了微米尺度的三維凸起凹形結(jié)構(gòu)，使得電極的性能提高了約4倍。然而上述方法中，一則基于氧化銥材料的微電極因材料昂貴、制作工藝相對復(fù)雜，應(yīng)用存在較大限制；而基于電鍍方式形成凸起結(jié)構(gòu)以增加電極位點的有效表面積的方法，改進(jìn)效果非常有限。由于納米結(jié)構(gòu)具有高比表面積特點，所以研究人員已開始探索在電極位點表面制作納米結(jié)構(gòu)，以增加電極位點的有效表面積，從而降低電極-電解質(zhì)界面阻抗，提高電極的電學(xué)性能。斯坦福大學(xué)的Wang等人通過在電極位點表面生長碳納米管，大大提高了電極位點的有效表面積(約300倍)(可文獻(xiàn)：Wang?K，F(xiàn)ishman?HA，Dai?H，Harris?JS.Neural?Stimulation?with?a?CarbonNanotube?Microelectrode?Array.Nano?Lett.，2006，6(9)：2043-2048.)，且極大地改善了電極的電學(xué)性能和電極工作時的電化學(xué)穩(wěn)定性。但是該方法中電極表面碳納米管的生長需要700℃-800℃的高溫條件下完成，同時需要配備復(fù)雜昂貴的設(shè)備，其應(yīng)用有一定局限。

因此，如何降低制備納米微電極的成本同時又能改善微電極的電學(xué)性能，實已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種有效面積增加同時性能得以改善的納米微電極。

本發(fā)明的另一目的在于一種納米微電極的制作方法，以降低納米微電極的制作成本。

為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的納米微電極包括：具有位點窗口的第一絕緣層，且自所述位點窗口延伸出一簇絲狀結(jié)構(gòu)的納米電極；在所述第一絕緣層的一表面形成有包含所述納米電極的金屬連接線和金屬焊接位點的圖形化金屬層，所述圖形化金屬層與所述納米電極分別形成于所述第一絕緣層的不同表面；在所述圖形化金屬層上形成有包含焊點窗口的第二絕緣層，其中，所述焊點窗口處于所述金屬焊接位點處以暴露出所述金屬焊接位點。

其中，所述絲狀結(jié)構(gòu)的直徑在10nm至500nm范圍內(nèi)，長度在30nm至2000nm范圍內(nèi)，呈柱狀、錐狀或者火山口狀；所述納米電極的材料可為鉑、金、銀、銅以及碳納米管中的一種。