[發明專利]在含有疏水性的硅柱的硅片表面構筑微電極對陣列的方法

有效

• 申請號: 201110084311.7
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102730625A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 江雷;蘇彬;王樹濤;馬杰;宋延林
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 李柏

技術領域

本發明屬于電子電路領域，特別涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面積定向排列的納米導線，從而構筑微電極對陣列的方法。

背景技術

微電極是指電極的一維尺寸為微米級(1×10^-6m)至納米(1×10^-9m)級的一類電極。當電極的一維尺寸從毫米級降低至微米級時，表現出許多優良的電化學特性，例如微電極不僅因為電極微小而有利于在體分析，更重要的是，它具有常規電極無可比擬的優點，即極高的穩態電流密度、極短的響應時間、極化電流小、歐姆壓降小、傳質速度高、信噪比大，可用于瞬態電極過程研究、高阻抗電解質和流動體系。微電極陣列是指由多個微電極集束在一起所組成的外觀單一的電極，其電流是各個單一電極電流的加和，這類電極保持了原來單一電極的特性，又可以獲得較大的電流強度，提高了測量的靈敏度。

近年來，微電極陣列由于在微電子電路、生物傳感器、微流體等流域具有廣泛的應用，引起了人們的普遍重視。目前，制備微電極陣列的方法主要是國外的top-down技術，即使用聚焦激光刻蝕硅片從而制備出微型的電極對陣列(Clendenning?SB，Aouba?S，Rayat?MS，Grozea?D，Sorge?JB，Brodersen?PM.Adv.Mater.先進材料，2004年，16期，215頁)。但是這類方法需要昂貴并且復雜的制備儀器，并且制備樣品需要的時間長、效率低。另一類使用的是濕化學法(溶劑揮發自組裝的技術)，(Ryu?DY，Shin?K，DrockenmullerE，Hawker?CJ，Russell?TP.Science科學雜志，2005年，308期，236頁)即將含有納米導線的水或者有機溶劑，或者將含有能夠形成納米導線的物質的水或者有機溶劑鋪展到微柱陣列的硅片電極表面，隨著水或者有機溶劑的快速揮發，納米導線會自組裝到微柱陣列的電極頂端。這類方法克服了制備微電極對陣列需要時間長的缺點，但是組裝的效果不理想，經常有缺陷并且由于表面粘附的原因形成局部區域的缺陷。因此，微電極陣列的生產中需要一種快速、大面積、無粘附、納米導線尺度可調控的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在疏水性微加工硅片的表面上形成大面積定向排列的直徑為納米級的納米導線，從而構筑微電極對陣列的方法；該方法能夠調節所述納米導線的粗細、長短及空間排列方式。

本發明的在含有疏水性的硅柱的硅片表面構筑微電極對陣列的方法包括以下步驟：

(1)將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有機溶劑中，或將表面含有親水性的硅柱陣列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的環境中，或將氟硅烷溶液直接滴加到表面含有親水性的硅柱陣列的硅片表面；使所述的硅片與氟硅烷分子進行接枝反應，將氟硅烷分子修飾到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱陣列的硅片；

(2)驅使含有形成納米導線的物質的水溶液勻速定向的流經步驟(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面，即可大面積、快速地在構成所述疏水性的硅柱陣列中的相鄰的兩個硅柱的頂端上形成定向(方向可控)排列的直徑為納米級的納米導線，并由該納米導線連接該兩個硅柱，形成由所述納米導線連接該兩個硅柱構成的微電極對；多個所述的微電極對構成所述的微電極對陣列(如圖1所示)。

本發明中的所述的硅柱由于是疏水性的，水溶液不會浸潤硅柱，只會在硅柱頂端停留；當水溶液流過硅柱時，由于表面的粘附力存在，隨著水分的蒸發，會在相鄰的兩個硅柱的頂端拉成直徑為納米級的納米導線，如圖1所示。

所述的驅使含有形成納米導線的物質的水溶液流經疏水性的硅柱陣列的頂端表面的流速是0.1-5cm/s。

所述的驅使的方法可以是利用重力作用驅使含有形成納米導線的物質的水溶液勻速定向的流經步驟(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面；也可以是利用粘附誘導方法，通過具有更大粘附力的小棒誘導含有形成納米導線的物質的水溶液勻速定向的流經步驟(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面(由于硅柱是疏水性的，對于水粘附力小，所以用普通的小棉棒就能粘附水滴移動)；也可以是利用磁場這種物理場效應技術驅動含有形成納米導線的物質的水溶液勻速定向的流經步驟(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱陣列的頂端表面(由于水溶液中含有形成納米導線的物質，這是順磁形的物質(如：PSS-PEDOT這種聚合物含有三價鐵，有弱順磁性)，可以用磁場誘導)。

所述的含有形成納米導線的物質的水溶液的質量濃度為1×10^-9％-20％。