JP3069708B2 - 電気化学センサー - Google Patents
電気化学センサーInfo
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- JP3069708B2 JP3069708B2 JP2192640A JP19264090A JP3069708B2 JP 3069708 B2 JP3069708 B2 JP 3069708B2 JP 2192640 A JP2192640 A JP 2192640A JP 19264090 A JP19264090 A JP 19264090A JP 3069708 B2 JP3069708 B2 JP 3069708B2
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- Japan
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- substrate
- sample
- electrochemical sensor
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は化学，医学，薬学分野，化学工業，食品製造
プロセス等における分析装置に使用される電気化学セン
サーに関する。
プロセス等における分析装置に使用される電気化学セン
サーに関する。
本発明はシリコン単結晶基板上に、エッチングにより
作製された被検試料保持部を形成する凹部と、ガラス基
板上に薄膜作製技術およびフォトリソグラフィ−技術に
より作製された電極を有し、両基板を接合することによ
って構成されるものであり、被検試料の微量化が容易
で、検査値の再現性も良く、かつ製造コストの安い電気
化学センサーを提供するものである。
作製された被検試料保持部を形成する凹部と、ガラス基
板上に薄膜作製技術およびフォトリソグラフィ−技術に
より作製された電極を有し、両基板を接合することによ
って構成されるものであり、被検試料の微量化が容易
で、検査値の再現性も良く、かつ製造コストの安い電気
化学センサーを提供するものである。
従来の電気化学センサーでは、作用電極に数10μｍか
ら数mm径の貴金属が、対極に白金などの貴金属板もしく
はワイヤーが、参照電極にはAg/AgCl電極や飽和カロメ
ル電極が用いられている。測定を行う場合はビーカーな
どの中に被検試料を入れ、これらの電極を被検試料の中
に浸して測定を行うのが一般的であった。また、作用電
極に直径数μｍのカーボンファイバーを、対極に同程度
の直径の銀線を用い、これらを生体や細胞などに刺して
測定を行った例も報告されている。電気化学センサーを
薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技術により作製し
た例としては、ガラス基板上に金を蒸着した後、エッチ
ングにより作製したものがあり、これをフローセルに装
着して測定を行った例が報告されている。
ら数mm径の貴金属が、対極に白金などの貴金属板もしく
はワイヤーが、参照電極にはAg/AgCl電極や飽和カロメ
ル電極が用いられている。測定を行う場合はビーカーな
どの中に被検試料を入れ、これらの電極を被検試料の中
に浸して測定を行うのが一般的であった。また、作用電
極に直径数μｍのカーボンファイバーを、対極に同程度
の直径の銀線を用い、これらを生体や細胞などに刺して
測定を行った例も報告されている。電気化学センサーを
薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技術により作製し
た例としては、ガラス基板上に金を蒸着した後、エッチ
ングにより作製したものがあり、これをフローセルに装
着して測定を行った例が報告されている。
従来の一般的な電気化学センサーでは、試料溶液をビ
ーカーに保持して測定を行わなければならなかったの
で、測定には十分な試料量が必要であるという問題点が
あった。またカーボンファイバーを用いた電気化学セン
サーではこのような問題点はないものの、作製するのに
手間がかかり、また自動化が難しく、ほとんど手作業で
作製を行うために、素子間での特性のばらつきが大きく
なってしまうという問題がある。薄膜作製技術とフォト
リソグラフィー技術によりガラス基板上に作製した電極
は、素子間のばらつきも少なく、再現性もよいがフロー
セルに装着して用いているため、測定を行うためにポン
プよサンプルインジェクターなどの装置が必要となって
しまう。また、フローセルも機械加工により作製するた
め、微小化は難しく、加工コストが高いという問題点が
あった。
ーカーに保持して測定を行わなければならなかったの
で、測定には十分な試料量が必要であるという問題点が
あった。またカーボンファイバーを用いた電気化学セン
サーではこのような問題点はないものの、作製するのに
手間がかかり、また自動化が難しく、ほとんど手作業で
作製を行うために、素子間での特性のばらつきが大きく
なってしまうという問題がある。薄膜作製技術とフォト
リソグラフィー技術によりガラス基板上に作製した電極
は、素子間のばらつきも少なく、再現性もよいがフロー
セルに装着して用いているため、測定を行うためにポン
プよサンプルインジェクターなどの装置が必要となって
しまう。また、フローセルも機械加工により作製するた
め、微小化は難しく、加工コストが高いという問題点が
あった。
上記課題を解決するために、本発明の電気化学センサ
ーは、シリコン単結晶を用いた基板上にエッチングによ
り、微細な被検試料保持部を設けるようにした。また、
電極は薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技術により
作製し、上記被検試料保持部に露出させる構造とした。
さらに、被検試料保持部、電極ともそれぞれ１枚の基板
上に多数個、しかも同時に作製しすることが可能な構造
とした。
ーは、シリコン単結晶を用いた基板上にエッチングによ
り、微細な被検試料保持部を設けるようにした。また、
電極は薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技術により
作製し、上記被検試料保持部に露出させる構造とした。
さらに、被検試料保持部、電極ともそれぞれ１枚の基板
上に多数個、しかも同時に作製しすることが可能な構造
とした。
上記のように構成された電気化学センサーでは被検試
料保持部が作製された基板と、電極が作製された基板は
それぞれ被検試料保持部と各種電極が作製された面が内
側になるように接合され、被検試料保持部に導入された
試料は、各種電極と接し、そこで測定が行われる。被検
試料保持部への試料導入であるが、この部分は十分に細
いため、毛細管現象により試料を導入することが可能で
ある。
料保持部が作製された基板と、電極が作製された基板は
それぞれ被検試料保持部と各種電極が作製された面が内
側になるように接合され、被検試料保持部に導入された
試料は、各種電極と接し、そこで測定が行われる。被検
試料保持部への試料導入であるが、この部分は十分に細
いため、毛細管現象により試料を導入することが可能で
ある。
そして、この電気化学センサーは被検試料保持部をエ
ッチングを用いて作製しているため、この部分の微量化
は非常に容易であり、簡単にナノリッターオーダーの試
料での測定が可能となる。
ッチングを用いて作製しているため、この部分の微量化
は非常に容易であり、簡単にナノリッターオーダーの試
料での測定が可能となる。
また電極を薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技術
により作製しているため、素子間のばらつきも少なく再
現性も良い。さらにバッチ測定タイプのセンサーである
ので、ポンプやサンプルインジェクターなどの装置が不
要であるというメリットがある。さらに、従来の電気化
学センサーのように１つずつ機械加工で作製するのに比
較して、センサー１つあたりの単価は安くすることが可
能である。
により作製しているため、素子間のばらつきも少なく再
現性も良い。さらにバッチ測定タイプのセンサーである
ので、ポンプやサンプルインジェクターなどの装置が不
要であるというメリットがある。さらに、従来の電気化
学センサーのように１つずつ機械加工で作製するのに比
較して、センサー１つあたりの単価は安くすることが可
能である。
以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図において本発明のセンサーは基板A1と基板B2から
構成されている。基板A1には試料を保持するための被検
試料保持部3,被検試料保持部に試料を出し入れするため
の試料出入口４、基板Ｂ上の各種電極7,8,9とコンタク
トをとるためのコンタクトホール６がそれぞれエッチン
グにより作製されている。基板Ｂ上には測定を行うため
の各種7,8,9が薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技
術により作製されている。基板Ｂ上に配された各種電極
7,8,9のうち、少なくとも１本は作用電極１として用
い、残りを参照電極８および対極９として用いている。
第１図において本発明のセンサーは基板A1と基板B2から
構成されている。基板A1には試料を保持するための被検
試料保持部3,被検試料保持部に試料を出し入れするため
の試料出入口４、基板Ｂ上の各種電極7,8,9とコンタク
トをとるためのコンタクトホール６がそれぞれエッチン
グにより作製されている。基板Ｂ上には測定を行うため
の各種7,8,9が薄膜作製技術とフォトリソグラフィー技
術により作製されている。基板Ｂ上に配された各種電極
7,8,9のうち、少なくとも１本は作用電極１として用
い、残りを参照電極８および対極９として用いている。
基板A1と基板B2はそれぞれ被検試料保持部３と各種電
極7,8,9が作製された面が内側になるように接合され、
被検試料保持部３に導入された試料は、各種電極7,8,9
と接し、そこで測定が行われる。被検試料保持部３への
試料導入であるが、この部分は十分に細いため、毛細管
現象により試料を導入することが可能である。
極7,8,9が作製された面が内側になるように接合され、
被検試料保持部３に導入された試料は、各種電極7,8,9
と接し、そこで測定が行われる。被検試料保持部３への
試料導入であるが、この部分は十分に細いため、毛細管
現象により試料を導入することが可能である。
第２図は被検試料保持部を作製するためのマスクパタ
ーン及びシリコン単結晶基板を示した図である。シリコ
ン単結晶基板（以下シリコンウェハーとよぶ）は、表面
に現られる結晶方位により｛100｝，｛110｝，｛111｝
などの種類がある。｛100｝面が表面に現られているシ
リコンウエハー上に酸化シリコンや窒化シリコンなどで
第２図（ａ）のようなパターンをフォトリソグラフィー
で作製した後、水酸化カリウム水溶液やエチレンジアミ
ン，ピロカテコール、水の混合溶液などでエッチングを
行うと、シリコンの結晶面のうち、｛111｝は他の結晶
面に比較して著しくエッチング速度が遅いため、第２図
（ｂ）に示されるように｛111｝面を壁面としたＶ字型
の溝ができる。このＶ字部分の角度は、結晶面の関係か
ら表面に対して常に55.4゜となる。また、４つの壁面が
すべて｛111｝面となったとき（底面がなくなったと
き）、エッチングは自動的に停止する。よって、エッチ
ングをする前のフォトリソグラフィーでパターンの幅や
長さを変化させることにより、このＶ字溝部分の体積は
容易に制御することができる。具体的には第２図（ａ）
のパターンの幅を300μｍ、長さを5mmとしてやればＶ字
溝部分の体積は約160ナノリットルとなる。このＶ字溝
部分を被検試料保持部として用いてやれば、微量な試料
をセンサー内に保持することが可能である。
ーン及びシリコン単結晶基板を示した図である。シリコ
ン単結晶基板（以下シリコンウェハーとよぶ）は、表面
に現られる結晶方位により｛100｝，｛110｝，｛111｝
などの種類がある。｛100｝面が表面に現られているシ
リコンウエハー上に酸化シリコンや窒化シリコンなどで
第２図（ａ）のようなパターンをフォトリソグラフィー
で作製した後、水酸化カリウム水溶液やエチレンジアミ
ン，ピロカテコール、水の混合溶液などでエッチングを
行うと、シリコンの結晶面のうち、｛111｝は他の結晶
面に比較して著しくエッチング速度が遅いため、第２図
（ｂ）に示されるように｛111｝面を壁面としたＶ字型
の溝ができる。このＶ字部分の角度は、結晶面の関係か
ら表面に対して常に55.4゜となる。また、４つの壁面が
すべて｛111｝面となったとき（底面がなくなったと
き）、エッチングは自動的に停止する。よって、エッチ
ングをする前のフォトリソグラフィーでパターンの幅や
長さを変化させることにより、このＶ字溝部分の体積は
容易に制御することができる。具体的には第２図（ａ）
のパターンの幅を300μｍ、長さを5mmとしてやればＶ字
溝部分の体積は約160ナノリットルとなる。このＶ字溝
部分を被検試料保持部として用いてやれば、微量な試料
をセンサー内に保持することが可能である。
次に本発明の電気化学センサーの具体的な作製例につ
いて詳しく説明する。基板A1には｛100｝の結晶方位の
直径２インチ、厚さ300μｍ、片面研磨、Ｎ型のシリコ
ンウエハーを、基板B2には厚さ0.7mm,2.5インチ×2.5イ
ンチ、両面研磨の硬質石英ガラスを用いた。同一基板上
に６個の電気化学センサーを同時に作製し、第１図はそ
れを切り出した状態を示している。基板Ａの研磨面上に
はエッチングにより、幅300μｍ、長さ5mm、体積約160
ナノリットルの被検試料保持部３を設けてある。同時に
基板Ａには被検試料保持部３に試料を入れたり、被検試
料保持部３を洗浄したりするための試料出入口４と基板
Ｂ上に設置された電極とコンタクトをとるためのコンタ
クトホール６があけられている。一方基板Ｂ上には幅20
0μｍの作用極７、幅200μｍの参照極８、幅1.5mmの対
極９が設置されている。これらはいずれも金（純度99.9
9％）をガラス基板上に2000Å蒸着した後、フォトリソ
グラフィーによりパターニングしている。すべての基板
の加工が終了した後、２枚の基板を位置合わせしながら
密着し、10-5Torr、800℃中で20分間放置して接合を行
った。接合を行った後、基板をダイシングソーを用い
て、１つずつに切り離した。切り離した後の、電気化学
センサーのサイズは20mm×10mmである。
いて詳しく説明する。基板A1には｛100｝の結晶方位の
直径２インチ、厚さ300μｍ、片面研磨、Ｎ型のシリコ
ンウエハーを、基板B2には厚さ0.7mm,2.5インチ×2.5イ
ンチ、両面研磨の硬質石英ガラスを用いた。同一基板上
に６個の電気化学センサーを同時に作製し、第１図はそ
れを切り出した状態を示している。基板Ａの研磨面上に
はエッチングにより、幅300μｍ、長さ5mm、体積約160
ナノリットルの被検試料保持部３を設けてある。同時に
基板Ａには被検試料保持部３に試料を入れたり、被検試
料保持部３を洗浄したりするための試料出入口４と基板
Ｂ上に設置された電極とコンタクトをとるためのコンタ
クトホール６があけられている。一方基板Ｂ上には幅20
0μｍの作用極７、幅200μｍの参照極８、幅1.5mmの対
極９が設置されている。これらはいずれも金（純度99.9
9％）をガラス基板上に2000Å蒸着した後、フォトリソ
グラフィーによりパターニングしている。すべての基板
の加工が終了した後、２枚の基板を位置合わせしながら
密着し、10-5Torr、800℃中で20分間放置して接合を行
った。接合を行った後、基板をダイシングソーを用い
て、１つずつに切り離した。切り離した後の、電気化学
センサーのサイズは20mm×10mmである。
本発明により、電気化学センサー単体で微量な試料が
測定可能で、かつ製造コストの安い電気化学センサーを
提供できる。
測定可能で、かつ製造コストの安い電気化学センサーを
提供できる。
第１図は本発明の電気化学センサーの実施例を示す構造
図、第２図はシリコン単結晶の異方性エッチングを示す
図である。 １……基板Ａ、２……基板Ｂ、３……被検試料保持部、
４……試料出入口、６……コンタクトホール、７……作
用極、８……参照極、９……対極
図、第２図はシリコン単結晶の異方性エッチングを示す
図である。 １……基板Ａ、２……基板Ｂ、３……被検試料保持部、
４……試料出入口、６……コンタクトホール、７……作
用極、８……参照極、９……対極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−40154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−20499（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−321354（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−223335（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/28 331 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (3)
- 【請求項１】平面状の基板の一面の一部に試料保存用の
凹部、および、前記凹部と接続する貫通口を有する基板
Ａと、 平面状の基板の一面に被検試料測定用電極が配された基
板Ｂから構成され、 前記基板Ａの凹部を有する面と、前記基板Ｂの電極が配
された面が接合されることにより、前記基板Ａの前記凹
部が被検試料保持部を形成するとともに、前記基板Ａの
前記貫通口と前記基板Ｂが、凹状の被検試料導入部を形
成する構造であり、かつ前記被検試料導入部から前記被
検試料保持部への被検試料の導入が、毛細管現象により
なされることを特徴とする電気化学センサ−。 - 【請求項２】前記基板Ａがシリコン単結晶板であり、前
記凹部がシリコン結晶異方性エッチングにより形成さ
れ、前記凹部の壁面が結晶方位｛111｝面で形成されて
いる請求項１記載の電気化学センサ−。 - 【請求項３】前記基板Ｂ上の前記被検試料測定用電極が
薄膜作成技術およびフォトリソグラフィ−技術で形成さ
れている請求項２記載の電気化学センサ−。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192640A JP3069708B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 電気化学センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192640A JP3069708B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 電気化学センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0476449A JPH0476449A (ja) | 1992-03-11 |
| JP3069708B2 true JP3069708B2 (ja) | 2000-07-24 |
Family
ID=16294613
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2192640A Expired - Fee Related JP3069708B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 電気化学センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3069708B2 (ja) |
-
1990
- 1990-07-18 JP JP2192640A patent/JP3069708B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0476449A (ja) | 1992-03-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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