CN101430300B

CN101430300B - 一种用于生物医学电化学检测的三维微电极及其制作方法

Info

Publication number: CN101430300B
Application number: CN2008102403726A
Authority: CN
Inventors: 刘泽文; 秦健; 国石磊
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2008-12-19
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-12-19
Also published as: CN101430300A

Abstract

本发明提出一种用于生物医学电化学检测的三维微电极结构及其制作方法。利用微加工技术，在衬底表面制作牺牲层和具有一定内应力的双层金属结构，通过去除牺牲层，将制作于衬底表面的微电极金属释放，使其通过本身的内应力作用产生背离衬底表面的翘曲，从而形成一种三维立体微电极结构。该三维微电极与将流体有更好的接触，且在相同的电极尺寸下增大了微电极与流体的有效接触面积。

Description

一种用于生物医学电化学检测的三维微电极及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种基于微加工技术制作的用于生物医学电化学检测的三维微电极结构及其制作方法。

背景技术

在生物检测技术中，常见的方法包括荧光标记法和电化学检测方法。荧光标记法需要尺寸较大的光检测设备，因此难以微型化，无法集成到微芯片上。电化学检测方法由于其灵敏度高、选择性好、可微型集成化、对检测样品的混浊度要求低、成本低、功耗低、适合利用微组装技术实现等优点，目前正吸引越来越多研究人员的研究兴趣。

用于电化学检测的主要设备是电化学微电极。通常情况下，电化学微电极被设置在微芯片流道的下表面的氧化钝化层上，但也有一些PCR(聚合酶链式反应)生物微芯片出于某些原因将电极设置于微流道或微腔的上表面。设置在下表面的微电极只有一个表面接触流体，接触面积较小；而设置于上表面的微电极有时悬于液面以上，难以接触到待测流体。

为了让微电极与流体有更好的接触，需要一种技术，使得在相同的电极尺寸下增大微电极与微流体的有效接触面积。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一方面提出一种电化学三维微电极结构，包括：衬底；在该衬底表面形成的双金属结构，其中该双金属结构从所述衬底翘起。

本发明的另一方面提供一种制作电化学三维微电极结构的方法，包括：

利用微加工技术，在衬底表面制作牺牲层和具有内应力的双层金属结构；

去除牺牲层，从而将制作于衬底表面的电化学微电极金属释放，使其通过所述内应力的作用产生背离衬底表面的翘曲，从而形成一种三维立体微电极结构。

在本发明的一个实施例中，所述电极是成对结构。

在本发明的另一实施例中，所述电极是单边结构。

在本发明的另一实施例中，所述电极是双电极结构。

在本发明的另一实施例中，所述电极是三电极结构。

按照本发明的技术方案，由于采用了平面微加工技术，电极的形状和相互位置可以进行灵活组合，而不限于上述的结构形式。

利用本发明的技术方案，可以以简单的方法制作一种可用于微流控芯片中电化学检测的三维立体微电极结构。在该方法中，利用双层金属微结构内应力，通过牺牲层技术，得到三维立体微电极。该电极可以与待检流体有更好的接触。

附图说明

下面结合附图对本发明的原理和最佳实施方式进行说明。附图及其所表示的实施方式的目的仅仅是为了描述本发明的原理，而不是要以任何方式来将本专利申请的范围限制于所述具体实施方式。其中：

图1示出本发明的双金属结构去除牺牲层之前的剖面图；

图2示出本发明的双金属结构去除牺牲层之后的剖面图；

图3示出本发明的双电极对结构的俯视图；

图4示出本发明的双电极单边结构的俯视图；

图5示出本发明的三电极结构的俯视图。

具体实施方式

图1示出本发明的双金属结构去除牺牲层之前的剖面图，图2示出本发明的双金属结构去除牺牲层之后的剖面图。如图1所示，在去除所述牺牲层之前，本发明的双金属结构电化学三维微电极包括：衬底；在衬底表面上形成的牺牲层；以及在牺牲层上形成的双金属层。其中该双金属层包括结合在一起的第一子金属层1第二子金属层2。该第一子金属层1和第二子金属层2的物理属性应当使得由二者结合所形成的双金属层在所述电化学三维微电极的工作温度下具有一种内应力，该内应力使得所述双金属层产生向背离所述衬底的方向翘曲的趋势。

如图2所示，当去除所述牺牲层之后，所述双金属层被释放，从而在所述内应力的作用下翘曲，使得其一端离开所述衬底。这样的结构使得所述电极在与被测流体接触时，接触面积显著扩大，从而改善测量的精确度和灵敏度。

为了保证所述电极在发生翘曲之后不至于完全脱离所述衬底，在本发明的实施例中，所述牺牲层仅仅覆盖衬底表面的一部分，而在衬底表面未被所述牺牲层覆盖的区域，所述双金属层与所述衬底紧密结合，即使在双金属层的其余部分被释放而发生翘曲之后，该紧密结合的部分仍然可以保证所述双金属层与衬底联结成一个完整的器件。

图3-5分别示出本发明的三维微电极机构的另外三种不同形式，分别为双电极对结构形式、双电极单边结构形式、以及三电极结构形式。在各种结构形式中，每个电极的具体结构类似于图1和图2所示的情形，此处不再赘述。

制作本发明的三维立体微电极结构的具体步骤包括：

衬底清洗，即：将待用的衬底进行常规清洗等预备工作；

制作牺牲层，即：在衬底表面制作牺牲层，并通过光刻将该牺牲层图案化；

溅射金属，其中需选用两种不同金属，其中第一种金属是应力控制金属，第二种金属是工作电极，通过光刻和溅射工艺，实现双金属层的图案化；以及

释放双金属层，即：使用恰当的方法将牺牲层去掉，释放双金属结构。

第一子金属层1与第二子金属层2的热膨胀系数不同(第二子金属层2的热膨胀系数大于第一子金属层1)，存在一定能的内应力，当在室温下将牺牲层去除时，在金属层内应力梯度的作用下，便会发生偏向于一方即第二子金属层2的一边的翘曲，即双金属结构会发生向上的翘曲，从而得到我们想要的三维立体微电极结构。

尽管以上描述了本发明的具体实施方式，但本领域的技术人员应当理解，在不偏离本发明的精神和主旨的前提下，可以对具体的实施方式进行各种变通和修改，这些变通和修改应当都属于本发明的范围。也就是说，本发明的范围不由以上所述的具体实施方式限定，而是由后面所附的权利要求书所限定。

Claims

1.一种制作电化学三维微电极结构的方法，包括：

在衬底表面形成牺牲层；

在所述牺牲层上形成双金属层，使得所述双金属层产生内应力，该内应力使得所述双金属层具有向背离所述衬底的方向翘起的趋势；以及

去除所述牺牲层，使得所述双金属层从所述衬底翘起；

所述牺牲层仅仅覆盖衬底表面的一部分，而在衬底表面未被所述牺牲层覆盖的区域，所述双金属层与所述衬底紧密结合；

其中在所述牺牲层上形成双金属层的步骤进一步包括：在牺牲层上溅射第一种金属；和在第一种金属上溅射第二种金属；所述第二种金属的热膨胀系数大于第一种金属。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一种金属是应力控制金属，第二种金属是工作电极。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括在形成所述牺牲层之后，通过光刻将该牺牲层图案化。

4.一种用于电化学检测的微电极，包括衬底和在所述衬底上形成的双金属层，其中所述双金属层的一部分联结在所述衬底上，另一部分从所述衬底上翘起；所述双金属层包括结合在一起的第一子金属层和第二子金属层；所述第二子金属层的热膨胀系数大于第一子金属层。