JP2530689B2 - Small oxygen electrode - Google Patents
Small oxygen electrodeInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 小型酸素電極に関し、 水溶液中での測定時において再現性・信頼性の低下を
示さない、小型かつ低価格で大量生産可能な酸素電極を
提供することを目的とし、 基板と、該基板の表面上に異方性エッチングによりあ
けられた穴と、前記基板上に絶縁膜を介して形成された
ものであって前記穴の底部から前記基板の表面に至る2
本の電極と、前記穴の内部に満たされた電解液含有多孔
性物質と、前記穴を被覆し閉塞したガス透過性膜とを有
する小型酸素電極において、前記基板がさらに、少なく
ともその裏面において、疎水性絶縁膜を有するように構
成する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] With respect to a small oxygen electrode, it is an object of the present invention to provide a small oxygen electrode which does not show deterioration of reproducibility and reliability when measured in an aqueous solution and which can be mass-produced at low cost. For the purpose, a substrate, a hole formed by anisotropic etching on the surface of the substrate, and an insulating film formed on the substrate through an insulating film are provided from the bottom of the hole to the surface of the substrate. Two
In a small oxygen electrode having a book electrode, an electrolyte-containing porous material filled inside the hole, and a gas-permeable membrane covering and closing the hole, the substrate is further at least on its back surface, It is configured to have a hydrophobic insulating film.
本発明は小型酸素電極に関し、特に小型かつ低価格で
大量生産可能な酸素電極に関する。The present invention relates to a small-sized oxygen electrode, and particularly to a small-sized oxygen electrode that can be mass-produced at low cost.
小型酸素電極は、いろいろな分野において、溶存酸素
濃度の測定に有利に用いることができる。例えば、水質
保全の見地から水中の生化学的酸素要求量(BOD)の測
定が行われているが、この溶存酸素濃度の測定器として
この小型酸素電極を使用することができる。また、醗酵
工業において、効率良くアルコール醗酵を進めるために
は醗酵槽中の溶存酸素濃度の調整が必要であり、この測
定器として本発明の小型酸素電極を使用することができ
る。さらにまた、小型酸素電極は、酵素と組み合わせて
酵素電極を形成し、糖やビタミンなどの濃度測定に用い
ることもできる。例えば、グルコースはグルコースオキ
シダーゼという酵素を触媒とし、溶存酸素と反応してグ
ルコノラクトンに酸化するが、これにより酸素電極セル
の中に拡散してくる溶存酸素が減ることを利用し、溶存
酸素の消費量からグルコース濃度を測定することができ
る。The small oxygen electrode can be advantageously used for measuring the dissolved oxygen concentration in various fields. For example, the biochemical oxygen demand (BOD) in water is measured from the viewpoint of water quality conservation, and the small oxygen electrode can be used as a measuring device for the dissolved oxygen concentration. Further, in the fermentation industry, it is necessary to adjust the dissolved oxygen concentration in the fermentation tank in order to efficiently advance the alcohol fermentation, and the small oxygen electrode of the present invention can be used as this measuring device. Furthermore, the small oxygen electrode can also be used in combination with an enzyme to form an enzyme electrode and measure the concentration of sugars, vitamins and the like. For example, glucose is catalyzed by an enzyme called glucose oxidase, which reacts with dissolved oxygen to oxidize to gluconolactone, which utilizes the fact that the amount of dissolved oxygen that diffuses into the oxygen electrode cell decreases. The glucose concentration can be measured from the consumed amount.
このように本発明の小型酸素電極は、環境計測、醗酵
工業、臨床医療など各種の分野で使用することができる
が、特に臨床医療分野においてカテーテルに装着し、体
内に挿入する用途においては、小型であるとともに使い
捨て可能で低価格であるので、非常に利用価値がある。Thus, the small oxygen electrode of the present invention can be used in various fields such as environment measurement, fermentation industry, clinical medicine, etc. It is also very useful because it is disposable and low cost.
本発明者らは、従来のガラス製の酸素電極では、小型
化ができず大量生産も不可能であるので、リソグラフィ
ー技術及び異方性エッチング技術を利用した新しいタイ
プの小型酸素電極を開発し、特許出願した(特願昭62−
71739号)。この酸素電極は、シリコン基板上に異方性
エッチングにより形成した穴の上に、絶縁膜を介して2
本の電極を形成し、さらにこの穴の内部に電解液含有体
を収容し、そして最後に穴の上面をガス透過性膜で覆っ
た構造を有する酸素電極である。この酸素電極は、小型
で、特性のばらつきが少なく、また一括大量生産ができ
るために、低コストである。The present inventors have been unable to downsize and mass-produce conventional oxygen electrodes made of glass, and therefore developed a new type of small oxygen electrode utilizing lithography technology and anisotropic etching technology, Applied for a patent (Japanese Patent Application No. 62-
No. 71739). This oxygen electrode is formed on the silicon substrate by an anisotropic etching through an insulating film over a hole formed by anisotropic etching.
The oxygen electrode has a structure in which a book electrode is formed, an electrolyte solution containing body is further housed inside the hole, and finally the upper surface of the hole is covered with a gas permeable film. This oxygen electrode is small in size, has little variation in characteristics, and can be mass-produced in a batch, so that the cost is low.
上記したタイプの酸素電極において、電解液含有体
は、通常、電解液をしみこませたゲル、たとえばアガロ
ースゲルであった。しかし、アガロースゲルの場合に
は、シリコン基板上の微小な多くの穴の中にマイクロピ
ペットで1回ずつ繰り返し注入しなければならなかっ
た。In the above-mentioned type of oxygen electrode, the electrolytic solution containing body was usually a gel impregnated with the electrolytic solution, for example, agarose gel. However, in the case of agarose gel, it was necessary to repeatedly inject into the many small holes on the silicon substrate once with a micropipette.
本発明者らは、この点をさらに改良してより大量生産
向きなものとなすべく研究の結果、ポリアクリルアミド
ゲルを用い、シリコン基板上の微小な多くの穴の中に、
一括してゲルを注入可能な方法を見出した(特願昭62−
148221号)。この小型酸素電極の製造方法は、リソグラ
フィー技術と異方性エッチング技術とを用いて複数個の
穴を形成し、かつ各穴に電極を形成したシリコン基板上
に、前記穴の部分を除いてネガ型レジストを被覆し、前
記基板を電解液を含んた光重合性モノマー、好ましくは
アクリルアミドの溶液に浸漬し、それぞれの穴に該溶液
を満たした状態で紫外線を照射して硬化せしめ、電解液
を含んだ多孔質担体を穴の中に形成することを特徴とす
る。この製造方法によれば、小型酸素電極を形成する微
小な穴の中にのみ選択的に電解液を保持する多孔質の担
体を形成することができるので、より大量生産が可能に
なる。As a result of research to further improve this point and make it suitable for mass production, the present inventors have used polyacrylamide gel, and in a number of minute holes on a silicon substrate,
We have found a method that allows the gel to be injected all at once (Japanese Patent Application No. 62-
No. 148221). This small-sized oxygen electrode is manufactured by using a lithographic technique and an anisotropic etching technique to form a plurality of holes on a silicon substrate having electrodes formed in the holes, except for the holes. A type resist is coated, the substrate is dipped in a solution of a photopolymerizable monomer containing an electrolytic solution, preferably acrylamide, and each hole is filled with the solution and irradiated with ultraviolet rays to be cured, and the electrolytic solution is removed. It is characterized in that the contained porous carrier is formed in the hole. According to this manufacturing method, it is possible to form the porous carrier that selectively holds the electrolytic solution only in the minute holes that form the small oxygen electrode, and thus it is possible to mass-produce.
上記した特願昭62−148221号に記載された方法は、非
常に小型の酸素電極を大量に生産できるという点で画期
的な製造方法である。しかし、この方法を詳細に検討し
てみると、実用化にいたるために解決しなければならな
い問題があることがわかった。すなわち、この小型酸素
電極の特性を調べてみると、ノイズが認められ、それは
大きいもので電流の絶対値と同程度にもなり、場合によ
っては酸素電極としての使用が不可能であることがわか
った。また、実用化するためには同じ酸素濃度に対し
て、同じ電流値が得られる必要があるが、実際には小さ
いものでnAのオーダー、大きいものでμAのオーダー
と、得られた素子により桁違いの応答値のばらつきがあ
ることがわかった。このようなノイズあるいは特性の極
端なばらつきは再現性・信頼性の点でたいへん不利であ
る。The method described in Japanese Patent Application No. 62-148221 is an epoch-making manufacturing method in that a very small oxygen electrode can be mass-produced. However, when this method was examined in detail, it was found that there was a problem that had to be solved in order to be put to practical use. In other words, when examining the characteristics of this small oxygen electrode, noise was observed, and it was found that the noise was large and almost equal to the absolute value of the current, and in some cases it was impossible to use it as an oxygen electrode. It was Also, for practical use, it is necessary to obtain the same current value for the same oxygen concentration, but in reality, small ones are on the order of nA, and large ones are on the order of μA. It was found that there were variations in the response values for the differences. Such noise or extreme variation in characteristics is extremely disadvantageous in terms of reproducibility and reliability.
本発明の目的は、したがって、水溶液中での測定時に
おいて再現性・信頼性の低下を示さない、小型かつ低価
格で大量生産可能な酸素電極を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an oxygen electrode that is small in size and low in cost and can be mass-produced without showing deterioration in reproducibility / reliability during measurement in an aqueous solution.
本発明者らは、上記したノイズや特性のばらつきの原
因が水溶液中での絶縁不良にあることを見出した。そし
て、チップへの切り出し時にシリコン基板が露出する側
面は勿論のこと、SiO2膜が熱酸化により形成されている
裏面も水中では絶縁性が悪く、これでは不十分であるこ
とがわかった。SiO2の絶縁性の悪さは、それが親水性で
あるために、基板と外部の水溶液が電気的にショートし
やすいためではないかと思われた。このような絶縁不良
の問題を解決するため、本発明者らは、小型酸素電極の
チップの少なくとも裏面に疎水性の絶縁膜を形成するこ
とを見い出し、また、これによれば、ノイズがほとんど
認められなくなり、また応答値のばらつきも著しく改善
されることがわかった。The present inventors have found that the cause of the above-mentioned noise and variations in characteristics is poor insulation in an aqueous solution. It was also found that not only the side surface where the silicon substrate is exposed at the time of cutting into chips but also the back surface on which the SiO 2 film is formed by thermal oxidation has poor insulation in water, which is insufficient. It was thought that the poor insulating property of SiO 2 was due to the fact that it was hydrophilic and thus the substrate and the external aqueous solution were likely to be electrically short-circuited. In order to solve such a problem of insulation failure, the present inventors have found that a hydrophobic insulating film is formed on at least the back surface of the chip of the small oxygen electrode, and according to this, almost no noise is recognized. It was found that it was not possible, and the dispersion of response values was remarkably improved.
本発明は、すなわち、基板と、該基板の表面上に異方
性エッチングによりあけられた穴と、前記基板上に絶縁
膜を介して形成されたものであって前記穴の底部から前
記基板の表面に至る2本の電極と、前記穴の内部に満た
された電解液含有多孔性物質と、前記穴を被覆し閉塞し
たガス透過性膜とを有する小型酸素電極において、前記
基板がさらに、少なくともその裏面において、疎水性絶
縁膜を有することを特徴とする、小型酸素電極にある。The present invention is, namely, a substrate, a hole formed by anisotropic etching on the surface of the substrate, and an insulating film formed on the substrate with an insulating film interposed therebetween. In a small oxygen electrode having two electrodes reaching the surface, an electrolyte-containing porous substance filled inside the hole, and a gas-permeable membrane covering and closing the hole, the substrate further comprises at least A small oxygen electrode having a hydrophobic insulating film on its back surface.
本発明の小型酸素電極は、好ましくは、シリコン基板
上に異方性エッチングにより穴をあけ、前記穴の底部か
ら前記基板の表面に至る2本の電極を絶縁膜を介して形
成し、基板裏面を疎水性絶縁膜で被覆した後、穴の内部
に電解液含有多孔性物質を満たし、ガス透過性膜をディ
ップコーティング等により形成することによって製造す
ることができる。The small oxygen electrode of the present invention preferably has a hole formed on a silicon substrate by anisotropic etching, and two electrodes extending from the bottom of the hole to the surface of the substrate are formed via an insulating film. After being coated with a hydrophobic insulating film, the inside of the hole is filled with an electrolytic solution-containing porous substance, and a gas permeable film is formed by dip coating or the like.
この本発明を実施するにあたって、電極本体の基材又
は基板としては、金属基板や半導体基板、特にシリコン
基板を有利に使用することができる。絶縁膜は、シリコ
ン酸化膜、その他から形成することができる。シリコン
酸化膜は、例えば基板がシリコンである場合に、その基
板を熱酸化することによって容易に形成することができ
る。In practicing the present invention, a metal substrate or a semiconductor substrate, particularly a silicon substrate can be advantageously used as the base material or substrate of the electrode body. The insulating film can be formed of a silicon oxide film or the like. The silicon oxide film can be easily formed by thermally oxidizing the substrate when the substrate is silicon, for example.
2本の電極は、製作される電極がポーラロ型であるか
ガルバニ型であるかに応じていろいろに変更することが
できる。例えば、ポーラロ型の酸素電極を製造する場合
には、両電極とも金電極あるいは白金電極から構成し、
測定時に両電極間に電圧を印加する。なお、ポーラロ型
とする場合には、下地となるシリコン酸化膜を侵しにく
い例えば、0.1M塩化カリウム水溶液等の中性水溶液を用
いるのが好ましい。また、アノード側電極として鉛、銀
等の金や白金に較べて化学反応を起こしやすい金属の電
極を用い、カソード側電極として金、白金等の電極を用
い、そして電解液として例えば1M水酸化カリウム水溶液
等のアルカリ性水溶液を用いれば、ガルバニ型酸素電極
を製造することができる。このような電極の形成は、例
えば、真空蒸着、スパッタリング等の成膜法によって有
利に行うことができる。The two electrodes can be variously modified depending on whether the manufactured electrode is a polaro type or a galvanic type. For example, when manufacturing a polaro-type oxygen electrode, both electrodes are made of gold electrodes or platinum electrodes,
A voltage is applied between both electrodes during measurement. In the case of the polaro type, it is preferable to use a neutral aqueous solution such as 0.1 M potassium chloride aqueous solution which is unlikely to attack the underlying silicon oxide film. Further, as the anode electrode, a metal electrode such as lead or silver that is more likely to undergo a chemical reaction than gold or platinum is used, as the cathode electrode, an electrode such as gold or platinum is used, and as an electrolyte, for example, 1M potassium hydroxide is used. A galvanic oxygen electrode can be manufactured by using an alkaline aqueous solution such as an aqueous solution. The formation of such an electrode can be advantageously performed by a film forming method such as vacuum deposition or sputtering.
電極形成後、好ましくは、基板上に、その基板の穴の
部分及び電気的コンタクトを取る部分を除いてフォトレ
ジストを塗布する。このフォトレジストは、好ましくは
ネガ型フォトレジスト、例えば東京応化製OMR−83であ
る。このタイプのフォトレジストは、穴の部分のみに電
解液含有多孔性物質を満たすに際して、その原料となる
水溶液をはじく性質を持っているので有利である。After forming the electrodes, a photoresist is preferably coated on the substrate except for the holes and the portions to be in electrical contact with the substrate. This photoresist is preferably a negative photoresist, such as OMR-83 manufactured by Tokyo Ohka. This type of photoresist is advantageous because it has the property of repelling the aqueous solution that is the raw material when filling the electrolyte-containing porous material only in the holes.
電解液含有多孔室物質の形成は、例えば特願昭62−14
8221号に記載されているように、基板を電解液含有アク
リルアミド水溶液中に浸漬し、そのような溶液に浸した
状態で基板をゆっくり引き上げ、さらにこの状態の基板
に紫外線を照射してゲル化する方法や、電解液含有アル
ギン酸塩ゲルを形成する方法、例えばフォトレジストを
被覆した基板を電解液含有アルギン酸ナトリウム水溶液
中に浸漬して前記穴の部分のみに前記水溶液を満たし、
この状態の基板を電解液含有塩化カルシウム水溶液中に
浸漬して前記アルギン酸ナトリウム水溶液をゲル化して
アルギン酸カルシウムゲルを形成する方法や、ガラスを
合成する過程に用いられるゾル−ゲル法、例えばフォト
レジストを被覆した基板を金属アルコキシド、水及び電
解液の混合溶液に浸漬して前記穴に前記混合溶液を充填
し、前記混合溶液をゾル−ゲル法によってゲル化し、前
記電解液をゲルにより保持する方法、などにより有利に
実施することができる。The formation of the electrolyte-containing porous chamber material is described in Japanese Patent Application No. 62-14, for example.
As described in No. 8221, the substrate is immersed in an aqueous solution of acrylamide containing an electrolytic solution, the substrate is slowly pulled up while being immersed in such a solution, and the substrate in this state is irradiated with ultraviolet rays to gel. Method, a method of forming an electrolytic solution-containing alginate gel, for example, a substrate coated with a photoresist is immersed in an electrolytic solution-containing sodium alginate aqueous solution to fill only the hole portion with the aqueous solution,
The substrate in this state is immersed in an aqueous solution of calcium chloride containing an electrolytic solution to gel the aqueous solution of sodium alginate to form a calcium alginate gel, or a sol-gel method used in the process of synthesizing glass, for example, a photoresist. A method in which the coated substrate is immersed in a mixed solution of metal alkoxide, water and an electrolytic solution to fill the hole with the mixed solution, the mixed solution is gelated by a sol-gel method, and the electrolytic solution is held by a gel, And the like.
担体としての多孔性物質により保持されるべき電解質
としては、塩化カリウム、硫酸ナトリウム等、いろいろ
なものを用いることができる。As the electrolyte to be retained by the porous substance as the carrier, various substances such as potassium chloride and sodium sulfate can be used.
ガス透過性膜は、疎水性で水溶液が通過しないことは
もちろんであるが、初めは液体状でディップコーティン
グあるいはスピンコーティング等が可能であり、電極材
料、シリコン基板等の基板、そして絶縁膜としてのシリ
コン酸化膜等との密着力が良好で電解液が外部に漏出し
ないことも必須の用件である。適当なガス透過性膜材料
としては、フォトレジスト、好ましくはネガ型フォトレ
ジストなどを挙げることができる。テフロン(商品名)
膜は、酸素透過性であるけれども密着力を持たないの
で、使用を避けなければならない。The gas-permeable film is, of course, hydrophobic and impermeable to aqueous solutions, but initially it is liquid and can be dip-coated or spin-coated. It is used as an electrode material, a substrate such as a silicon substrate, and an insulating film. It is also indispensable that the adhesiveness with the silicon oxide film is good and the electrolyte does not leak outside. Suitable gas permeable membrane materials include photoresists, preferably negative photoresists. Teflon (trade name)
Although the membrane is oxygen permeable, it does not have adhesion, so its use should be avoided.
本発明に係わる小型酸素電極は、半導体集積回路の形
成に使用されているリソグラフィー技術と薄膜形成技術
とを用いて小型酸素電極を量産するものであり、実用に
耐えうるものにするためには、ノイズが少なく、再現性
の良いものが得られなければならない。その方法として
本発明は、基板上の酸素電極の形成されているのとは反
対側の面および側面に疎水性の絶縁膜を塗布し、絶縁性
を向上させるものである。The small-sized oxygen electrode according to the present invention is a mass-produced small-sized oxygen electrode using the lithography technique and thin film forming technique used for forming a semiconductor integrated circuit, and in order to make it practically usable, A product with low noise and good reproducibility should be obtained. As a method therefor, the present invention is to apply a hydrophobic insulating film to the surface and side surface opposite to the side where the oxygen electrode is formed on the substrate to improve the insulating property.
上記のようにすれば、酸素電極を形成するセルが水溶
液からなる外界と電気的に完全に孤立することになり、
応答値のばらつきおよびノイズを減少させることができ
るが、本発明では上記の操作をより有利に行うために、
酸素電極中のカソードおよびアノードの形成が終了した
ところで裏面に疎水性の樹脂を塗布し、さらにガス透過
性膜(同じく疎水性)形成時にこの膜をディップコーテ
ィングにより形成することにより、側面の絶縁も行うも
のである。According to the above, the cell forming the oxygen electrode will be completely electrically isolated from the external environment composed of the aqueous solution,
Although variations in response values and noise can be reduced, in the present invention, in order to perform the above operation more advantageously,
When the formation of the cathode and anode in the oxygen electrode is completed, a hydrophobic resin is applied to the back surface, and when the gas permeable film (also hydrophobic) is formed by dip coating, side insulation is also achieved. It is something to do.
ついで、本発明による小型酸素電極の製法の好ましい
一例を添付の図面を参照しながら説明する。Next, a preferred example of the method for producing the small oxygen electrode according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第1図は、本発明による小型酸素電極の好ましい一例
を示した斜視図である。図示の酸素電極は直方体の形状
を有していて、感応部がガス透過性膜14で覆われるとと
もに、付属のデバイスに接続するため、電極3A、3Bの一
部が露出している。電極3A、3Bは、本例の場合、ポーラ
ロ型とするために両電極とも金電極で構成した。FIG. 1 is a perspective view showing a preferred example of the small oxygen electrode according to the present invention. The oxygen electrode shown in the figure has a rectangular parallelepiped shape, the sensitive portion is covered with the gas permeable film 14, and a part of the electrodes 3A, 3B is exposed for connecting to an attached device. In the case of the present example, the electrodes 3A and 3B were both gold electrodes in order to have a polaro type.
第1図の小型酸素電極の構造は、そのII−II線に沿っ
た断面図である第2図から詳しく理解できるであろう。
シリコン基板1は、異方性エッチングにより形成された
穴を有するとともに、その全面にシリコン酸化膜2が絶
縁膜として被着せしめられている。さらに基板裏面は破
れにくい疎水性絶縁膜7で覆われている。シリコン基板
1の穴には、2本の金電極3Aおよび3Bが対をなして被着
せしめられている。金電極3Aおよび3Bは、第1図で示し
たように、それぞれの一部分が溝の外側にまで延在して
いる。また、シリコン基板1の穴には電解液含有多孔性
物質(以下、ゲル)6が満たされている。さらに、穴の
上部には、基板1の上部の全面(第1図の露出部を除
く)を覆う形で、ガス透過性膜14が被覆されており、こ
れは絶縁膜として側面および裏面にも覆われている。The structure of the small oxygen electrode of FIG. 1 can be understood in detail from FIG. 2 which is a sectional view taken along the line II-II.
The silicon substrate 1 has a hole formed by anisotropic etching, and a silicon oxide film 2 is deposited as an insulating film on the entire surface thereof. Further, the back surface of the substrate is covered with a hydrophobic insulating film 7 which is hard to break. In the hole of the silicon substrate 1, two gold electrodes 3A and 3B are attached in pairs. As shown in FIG. 1, the gold electrodes 3A and 3B each have a part extending to the outside of the groove. Further, the holes of the silicon substrate 1 are filled with the electrolyte-containing porous substance (hereinafter, gel) 6. Further, the upper part of the hole is covered with a gas permeable film 14 so as to cover the entire surface of the upper part of the substrate 1 (excluding the exposed part in FIG. 1). Is covered.
第1図および第2図に示した小型酸素電極は、例え
ば、第3図に順を追って示す製造プロセスで有利に製造
することができる。なお、第3図(A)に示す電極形成
後の本体は、次のような工程を経て製造することができ
る。なお、以下の説明では、理解を容易ならしめるた
め、1枚のウエハーに1個だけ酸素電極を形成する場合
について記載するけれども、実際には多数個の小型酸素
電極が同時に形成されるということを理解されたい。な
お、ここでは、アルギン酸カルシウムゲルを電解質含有
ゲルとして用いる場合について述べる。The small oxygen electrode shown in FIGS. 1 and 2 can be advantageously manufactured, for example, by the manufacturing process sequentially shown in FIG. The main body after electrode formation shown in FIG. 3 (A) can be manufactured through the following steps. In the following description, for ease of understanding, a case where only one oxygen electrode is formed on one wafer is described, but in reality, a large number of small oxygen electrodes are formed at the same time. I want you to understand. In addition, here, the case where calcium alginate gel is used as the electrolyte-containing gel will be described.
1.ウエハー洗浄 厚さ350μmの(100)面2インチシリコンウエハーを
用意し、これを過酸化水素とアンモニアの混合溶液およ
び濃硝酸で洗浄した。1. Wafer cleaning A (100) surface 2-inch silicon wafer having a thickness of 350 μm was prepared and washed with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and concentrated nitric acid.
2.SiO2膜の形成 シリコンウエハーをウエット熱酸化し、その全面に膜
厚0.8μmのSiO2膜を形成した。 2. Formation of SiO 2 Film A silicon wafer was subjected to wet thermal oxidation to form a 0.8 μm thick SiO 2 film on the entire surface thereof.
3.エッチング用パターンの形成 ネガ型フォトレジスト(東京応化製 OMR−83、粘度6
0cP)を使用して、ウエハー上にエッチング用レジスト
パターンを形成した。3. Formation of etching pattern Negative photoresist (Tokyo Ohka OMR-83, viscosity 6
0cP) was used to form a resist pattern for etching on the wafer.
4.レジスト塗布 ウエハーの裏面にも上記工程で使用したものと同じネ
ガ型フォトレジストを塗布し、130℃で30分間に渡って
ベークした。4. Resist coating The same negative photoresist as used in the above process was coated on the back surface of the wafer and baked at 130 ° C. for 30 minutes.
5.SiO2膜のエッチング 50%フッ化水素酸:50%フッ化アンモニウム=1:6水溶
液にウエハーを浸漬し、フォトレジストが被覆されてい
ない露出部分のSiO2をエッチングにより除去した。引き
続いて硫酸/過酸化水素水(2:1)溶液によりレジスト
を除去した。5. Etching of SiO 2 film The wafer was immersed in a 50% hydrofluoric acid: 50% ammonium fluoride = 1: 6 aqueous solution, and the exposed SiO 2 portion not covered with the photoresist was removed by etching. Subsequently, the resist was removed with a sulfuric acid / hydrogen peroxide solution (2: 1) solution.
6.Siの異方性エッチング 80℃の35%水酸化カリウム水溶液中にてシリコンの異
方性エッチングを行った。エッチング深さ300μm。エ
ッチング完了後、ウエハーを純水で洗浄した。6. Anisotropic etching of Si Anisotropic etching of silicon was performed in a 35% potassium hydroxide aqueous solution at 80 ° C. Etching depth 300μm. After the etching was completed, the wafer was washed with pure water.
この異方性エッチングの完了後、エッチング時に使用
したSiO2膜を除去した。これは、工程5と同様に50%フ
ッ化水素酸:50%フッ化アンモニウム=1:6水溶液中で行
った。After the completion of this anisotropic etching, the SiO 2 film used during etching was removed. This was performed in a 50% hydrofluoric acid: 50% ammonium fluoride = 1: 6 aqueous solution as in Step 5.
7.SiO2膜の形成 シリコンウエハー1の表面にSiO2膜を成長させるた
め、1.と同様の洗浄工程に引き続いて、ウエハーをウェ
ット熱酸化した。膜厚0.8μmのSiO2膜2が形成され
た。To grow an SiO 2 film 7.SiO 2 film surface forming the silicon wafer 1, 1. Following the same washing process and were wet thermal oxidation of the wafers. A SiO 2 film 2 having a film thickness of 0.8 μm was formed.
8.クロムおよび金薄膜の形成 クロム薄膜(400Å、金と基板の密着用)に引き続
き、金薄膜(4000Å)を真空蒸着により形成した。8. Formation of chromium and gold thin film Following the chromium thin film (400Å, for adhesion of gold and substrate), a gold thin film (4000Å) was formed by vacuum evaporation.
9.電極形成用レジストパターンの形成 ネガ型フォトレジスト(東京応化製 OMR−83、粘度6
0cP)を使用して、ウエアー1のSiO2上に電極形成用レ
ジストパターン(図示せず)を形成した。9. Formation of resist pattern for electrode formation Negative photoresist (Tokyo Ohka OMR-83, viscosity 6
0cP) was used to form a resist pattern (not shown) for electrode formation on the SiO 2 of the wear 1.
10.金およびクロムのエッチング レジストパターンが形成された基板を以下の及び
の金およびクロム用エッチング液にこの順に浸漬し、露
出した金およびクロムの部分をエッチングにより除去し
た。さらに、純水にて洗浄後、硫酸/過酸化水素水(2:
1)溶液によりレジストを除去した。10. Etching of Gold and Chromium The substrate on which the resist pattern was formed was immersed in the following gold and chromium etching solutions in this order, and the exposed gold and chromium portions were removed by etching. Furthermore, after washing with pure water, sulfuric acid / hydrogen peroxide water (2:
1) The resist was removed by the solution.
金エッチング液:4g KIおよび1g I2を40mlの水に溶か
したもの。Gold etching solution: 4g KI and 1g I 2 dissolved in 40ml water.
クロムエッチング液:0.5g NaOHおよび1g K3Fe(CN)
6を4mlの水に溶かしたもの。Chromium etchant: 0.5g NaOH and 1g K 3 Fe (CN)
A solution of 6 dissolved in 4 ml of water.
金電極の形成された状態を第3図(A)に示す。図中
の3A及び3Bが電極で、5は穴である。The state where the gold electrode is formed is shown in FIG. In the figure, 3A and 3B are electrodes, and 5 is a hole.
11.基板裏面における疎水性絶縁膜の形成 基板1の裏面に疎水性絶縁膜(信越シリコーン製KR−
282)を一様に塗布し、250℃でベーキングを施した。こ
の絶縁膜を7で示す。11. Formation of Hydrophobic Insulation Film on Back Side of Substrate Hydrophobic insulation film (KR-made by Shin-Etsu Silicone
282) was evenly applied and baked at 250 ° C. This insulating film is shown by 7.
12.レジスト塗布(第3図(B)) 本体表面で、穴5と、電気的コンタクトを取るパッド
部分以外のところをネガ型フォトレジスト(東京応化製
OMR−83、粘度60cP)4で被覆した。これは、ウエハ
ーの表面にフォトレジストを塗布し、プリベーク後に露
光及び現像を行うことによって実施した。12. Resist coating (Fig. 3 (B)) On the surface of the main body, except for the holes 5 and the pad portion for electrical contact, a negative photoresist (manufactured by Tokyo Ohka)
OMR-83, viscosity 60 cP) 4. This was carried out by applying a photoresist to the surface of the wafer, exposing and developing after prebaking.
13.基板の切り出し 基板上に多数形成された酸素電極をチップ状に切り出
した。13. Cutting out of substrate A large number of oxygen electrodes formed on the substrate were cut out into chips.
14.穴の中の親水性化 チップ先端部を1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬し
た。この結果、レジストで被われていないところが親水
性になった。14. Hydrophilization in the hole The tip of the chip was immersed in a 1M sodium hydroxide aqueous solution. As a result, the areas not covered with the resist became hydrophilic.
15.アルギン酸カルシウムゲルの充填(第3図(C)) 電解液含有ゲルの形成用として、次のような2種類の
溶液を調製した。15. Filling with calcium alginate gel (Fig. 3 (C)) The following two kinds of solutions were prepared for forming a gel containing an electrolytic solution.
A液:アルギン酸ナトリウムを0.1M塩化カリウム水溶液
中に溶解したもの。アルギン酸ナトリウム濃度0.2%。Solution A: Sodium alginate dissolved in 0.1M potassium chloride aqueous solution. Sodium alginate concentration 0.2%.
B液:塩化カルシウムを0.1M塩化カリウム水溶液中に溶
解したもの。塩化カルシウム濃度5%。Solution B: Calcium chloride dissolved in 0.1M potassium chloride aqueous solution. Calcium chloride concentration 5%.
A液に第3図(B)のチップを浸漬してゆっくり引き
上げたところ、ネガ型フォトレジスト膜4は疎水性であ
るので、先のA液はレジスト膜からはじかれて穴5内に
のみ残った。次いで、このチップをB液に浸漬したとこ
ろ、A液は瞬時にゲル化した。電解液含有ゲル6が得ら
れた。When the chip of FIG. 3 (B) was dipped in the solution A and slowly pulled up, the negative photoresist film 4 was hydrophobic, so the solution A was repelled from the resist film and remained only in the holes 5. It was Next, when this chip was immersed in the solution B, the solution A instantly gelled. An electrolytic solution-containing gel 6 was obtained.
16.ガス透過性膜の被覆(第3図(D)) 電解液含有ゲル6上にそのゲルを覆うようにしてガス
透過性膜14を被覆した。本例ではガス透過性膜として、
工程3等で使用したのと同じネガ型フォトレジストを使
用した。すなわち、ネガ型フォトレジスト(東京応化製
OMR−83(商品名)、粘度60cP)をディップコーティ
ングにより塗布した。このレジストは、プリベークを施
さずに直ちに露光現像し、その後小型酸素電極本体を純
水中または飽和水蒸気中に一昼夜放置してレジスト中の
シンナーを抜き、ガス透過性膜および側壁用絶縁膜を完
成させた。このレジスト膜は裏面にも形成されるが、こ
れはより絶縁性を向上させるのに有利に作用する。16. Coating of Gas-permeable Membrane (FIG. 3 (D)) The gas-permeable membrane 14 was coated on the electrolytic solution-containing gel 6 so as to cover the gel. In this example, as the gas permeable membrane,
The same negative photoresist used in Step 3 and the like was used. That is, a negative photoresist (made by Tokyo Ohka
OMR-83 (trade name), viscosity 60 cP) was applied by dip coating. This resist is immediately exposed and developed without prebaking, and then the small oxygen electrode body is left in pure water or saturated water vapor for a whole day and night to remove the thinner from the resist to complete the gas permeable film and sidewall insulating film. Let This resist film is also formed on the back surface, but this works to improve the insulating property.
本発明によれば、酸素電極を形成するセルの部分が、
外界の水溶液から電気的に完全に孤立するため、ノイズ
の影響を受けにくくなり、また応答値のばらつきも減少
する。したがって、水溶液中での測定時において再現性
・信頼性の低下を示さない、小型かつ低価格で大量生産
可能な酸素電極が提供される。According to the invention, the part of the cell forming the oxygen electrode is
Since it is completely electrically isolated from the aqueous solution in the external environment, it is less likely to be affected by noise and variations in response values are reduced. Therefore, it is possible to provide a small-sized, low-price, mass-produced oxygen electrode that does not exhibit deterioration in reproducibility and reliability during measurement in an aqueous solution.
第1図は、本発明による小型酸素電極の好ましい一例を
示した斜視図、 第2図は、第1図の電極の線分II−IIに沿った断面図、
そして 第3図(A)〜(D)は、第1図および第2図に示した
小型酸素電極の製造プロセスの後半を順を追って示した
断面図である。 図中、1は基板、2は絶縁膜、3Aおよび3Bは電極、4は
フォトレジスト膜、5は穴、6は電解液含有ゲル、7は
疎水性絶縁膜、そして14はガス透過性膜である。FIG. 1 is a perspective view showing a preferred example of a small oxygen electrode according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of the electrode of FIG.
3A to 3D are cross-sectional views sequentially showing the latter half of the manufacturing process of the small oxygen electrode shown in FIGS. 1 and 2. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an insulating film, 3A and 3B are electrodes, 4 is a photoresist film, 5 is a hole, 6 is an electrolyte solution containing gel, 7 is a hydrophobic insulating film, and 14 is a gas permeable film. is there.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小嶋 尚美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Naomi Kojima 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited
Claims (1)
グによりあけられた穴と、前記基板上に絶縁膜を介して
形成されたものであって前記穴の底部から前記基板の表
面に至る2本の電極と、前記穴の内部に満たされた電解
液含有多孔性物質と、前記穴を被覆し閉塞したガス透過
性膜とを有する小型酸素電極において、前記基板がさら
に、少なくともその裏面において、疎水性絶縁膜を有す
ることを特徴とする、小型酸素電極。1. A substrate, a hole formed by anisotropic etching on the surface of the substrate, and an insulating film formed on the substrate via an insulating film, and the surface of the substrate from the bottom of the hole. In the small oxygen electrode having two electrodes up to the above, a porous material containing an electrolyte solution filled in the hole, and a gas-permeable membrane covering and closing the hole, the substrate further comprises at least the Small oxygen electrode having a hydrophobic insulating film on the back surface.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176976A JP2530689B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63176976A JP2530689B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0227253A JPH0227253A (en) | 1990-01-30 |
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Family
ID=16023001
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63176976A Expired - Lifetime JP2530689B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2530689B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0227424D0 (en) * | 2002-11-25 | 2002-12-31 | Univ Warwick | Coatings |
-
1988
- 1988-07-18 JP JP63176976A patent/JP2530689B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0227253A (en) | 1990-01-30 |
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