JPH0227253A - Small-sized oxygen electrode - Google Patents

Small-sized oxygen electrode

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JPH0227253A
JPH0227253A JP63176976A JP17697688A JPH0227253A JP H0227253 A JPH0227253 A JP H0227253A JP 63176976 A JP63176976 A JP 63176976A JP 17697688 A JP17697688 A JP 17697688A JP H0227253 A JPH0227253 A JP H0227253A
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博章 鈴木
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Abstract

PURPOSE:To enable a reduction in scattering of a response value by covering at least a back of a substrate with a hydrophobic insulation film to make it hard to be affected by a noise. CONSTITUTION:An Si substrate 1 has a hole 5 formed by an anisotropic etching and the entire surface thereof is covered with an SiO2 film 2 as insulation film. Moreover, the back of the substrate 1 is covered with a hydrophobic insulation film 7 hard to break. Gold electrodes 3A and 3B are applied on the hole 5 in a pair and parts thereof are extended to the outside of a groove. The hole 5 is filled with a porous material (gel) 6 containing an electrolyte. Moreover, the top of the hole 5 is covered with a gas permeating film 14 in such a manner as to cover the entire surface (expect for an exposed part) of the top of the substrate 1. This insulation film is made up of a negative type photoresist applied by a dip coating to cover both the side and back of the substrate 1. That is, a cell forming an oxygen electrode is electrically isolated completely from the outside world comprising an aqueous solution.

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
性エツ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、前言
己基板がさらに、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] Regarding a small oxygen electrode, it is an object of the present invention to provide an oxygen electrode that is small, low cost, and can be mass-produced without showing a decrease in reproducibility or reliability during measurement in an aqueous solution. A substrate, a hole made on the surface of the substrate by anisotropic etching, and an insulating film formed on the substrate, extending from the bottom of the hole to the surface of the substrate. In a small oxygen electrode having two electrodes, an electrolyte-containing porous material filled inside the holes, and a gas permeable membrane covering and closing the holes, the substrate further includes at least a back surface thereof. The structure is configured to include a hydrophobic insulating film.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

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 an oxygen electrode that is small and 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。
Small oxygen electrodes can be advantageously used for measuring dissolved oxygen concentrations in various fields.

例えば、水質保全の見地から水中の生化学的酸素要求i
ff (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。
For example, from the viewpoint of water quality conservation, biochemical oxygen demand in water i
ff (BOD) is being measured, and this small oxygen electrode can be used as a measuring device for the dissolved oxygen concentration. Further, in the fermentation industry, in order to efficiently proceed with alcohol fermentation, it is necessary to adjust the dissolved oxygen concentration in the fermenter, and the small oxygen electrode of the present invention can be used as a measuring device for this purpose. Furthermore, the small oxygen electrode can be combined with an enzyme to form an enzyme electrode, which can be used to measure the concentration of sugars, vitamins, and the like. For example, glucose is catalyzed by the enzyme glucose oxidase,
It reacts with dissolved oxygen and oxidizes to gluconolactone, which reduces the amount of dissolved oxygen that diffuses into the oxygen electrode cell, which allows the glucose concentration to be measured from the amount of dissolved oxygen consumed.

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。
As described above, the small oxygen electrode of the present invention can be used in various fields such as environmental measurement, fermentation industry, and clinical medicine. In addition, it is disposable and inexpensive, making it very useful.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

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ヂ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
方性エツ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−括大量生産が
できるために、低コストである。
Since conventional glass oxygen electrodes cannot be miniaturized or mass-produced, the inventors developed a new type of small oxygen electrode using lithography technology and anisotropic etching technology. Applied for a patent (Patent application 1986-
No. 71739). This oxygen electrode is made by forming two electrodes through an insulating film over a hole formed on a silicon substrate by anisotropic etching, further accommodating an electrolyte-containing body inside the hole, and finally This is an oxygen electrode with a structure in which the upper surface of the hole is covered with a gas permeable membrane. This oxygen electrode is
It is small, has little variation in characteristics, and can be mass-produced in bulk, resulting in low cost.

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 electrolyte-containing body is
Usually it was a gel impregnated with an electrolyte, such as an agarose gel. However, in the case of agarose gel, it was necessary to repeatedly inject it into many tiny holes on a silicon substrate one by one using 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、−
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ツチング技術とを用いて複
数個の穴を形成し、かつ各人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だ光重合性モノマー、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。
The present inventors conducted research to further improve this point and make it more suitable for mass production. Using polyacrylamide gel, -
We discovered a method that allows gel to be injected all at once (Patent application 1986-
No. 148221). This method of manufacturing a small oxygen electrode involves forming a plurality of holes using lithography technology and anisotropic etching technology, and forming a negative electrode on a silicon substrate on which each electrode is formed. Covering the mold resist, immersing the substrate in a solution of a photopolymerizable monomer, preferably acrylamide, containing an electrolyte, and irradiating the substrate with ultraviolet rays while filling each hole with the solution to cure it,
It is characterized by forming a porous carrier containing an electrolyte in the holes. According to this manufacturing method, it is possible to form a porous carrier that selectively retains the electrolyte only in the minute holes that form the small oxygen electrode, thereby making mass production possible.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

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nA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 mentioned above is an epoch-making manufacturing method in that very small oxygen electrodes can be produced in large quantities. However, a detailed study of this method revealed that there are problems that must be resolved before it can be put into practical use. In other words, when we investigated the characteristics of this small oxygen electrode, we found noise, which was as large as the absolute value of the current.
It has been found that in some cases it is not possible to use it as an oxygen electrode. In addition, in order to put it into practical use, it is necessary to obtain the same current value for the same oxygen concentration, but in reality, the current value is on the order of nA for small ones, and on the order of nA for large ones, depending on the device obtained. It was found that there is a variation in the response value of the difference. Such noise or extreme variations in characteristics are very 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, inexpensive, and mass-producible, and does not show a decrease in reproducibility or reliability during measurements in an aqueous solution.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

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、5in2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。
The present inventors have discovered that the cause of the noise and variation in characteristics described above is poor insulation in an aqueous solution. It was also found that not only the side surface where the silicon substrate is exposed when cutting into chips, but also the back surface on which the 5in2 film is formed by thermal oxidation have poor insulation in water, and that this is insufficient.

SiO□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、ノイズがほとんど君恩められ
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 poor insulating properties of SiO□ were thought to be due to its hydrophilic nature, which easily caused electrical short-circuits between the substrate and the external aqueous solution. In order to solve this problem of poor insulation, the present inventors have discovered that a hydrophobic insulating film can be formed on at least the back surface of the chip of a small oxygen electrode. It was also found that the dispersion of response values was significantly improved.

本発明は、すなわち、基板と、該基板の表面上に異方性
エツ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。
Specifically, the present invention includes a substrate, a hole formed on the surface of the substrate by anisotropic etching, and a hole formed on the substrate with an insulating film interposed therebetween. A small oxygen electrode having two electrodes reaching the surface, an electrolyte-containing porous material filling the inside of the hole, and a gas permeable membrane covering and closing the hole, wherein the substrate further includes at least This small oxygen electrode is characterized by 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
に異方性エツ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、ガス透過性膜をデイツ
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 is preferably made by making a hole on a silicon substrate by anisotropic etching, forming two electrodes from the bottom of the hole to the surface of the substrate via an insulating film, and forming a hole on the back side of the substrate. After covering with a hydrophobic insulating film, the inside of the hole is filled with an electrolyte-containing porous material, 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。
In implementing 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.

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。
The insulating film can be formed from a silicon oxide film or other materials. A silicon oxide film can be easily formed by thermally oxidizing a silicon substrate, for example.

2本の電極は、製作される電極がポーラ口型であるかガ
ルバニ型であるかに応じているいろに変更することがで
きる。例えは、ポーラ口型の酸素電極を製造する場合に
は、側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、ポーラ口型と
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 varied depending on whether the electrodes being made are polar or galvanic. For example, when manufacturing a polar mouth type oxygen electrode, both side electrodes are made of gold or platinum electrodes, and a voltage is applied between the two electrodes during measurement. In the case of a polar mouth type, it is preferable to use a neutral aqueous solution, such as a 0.1M potassium chloride aqueous solution, which does not easily attack the underlying silicon oxide film. In addition, lead is used as the anode side electrode.
If you use an electrode made of a metal such as silver that is more likely to cause a chemical reaction than gold or platinum, use an electrode made of gold or platinum as the cathode side electrode, and use an alkaline aqueous solution such as 1M potassium hydroxide aqueous solution as the electrolyte. , a galvanic type oxygen electrode can be manufactured. Formation of such an electrode can be advantageously performed by, for example, a film forming method such as vacuum evaporation 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, preferably a photoresist is applied onto the substrate except for the hole portions of the substrate and the portions where electrical contact is to be made. This photoresist is preferably a negative type 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 only the hole portions are filled with an electrolyte-containing porous material.

電解液含有多孔室物質の形成は、例えば特願昭62−1
48221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す) IJ
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 a porous chamber material containing an electrolyte is described, for example, in Japanese Patent Application No. 62-1.
As described in No. 48221, a substrate is immersed in an acrylamide aqueous solution containing an electrolyte, the substrate is slowly pulled up while immersed in such solution, and the substrate in this state is further irradiated with ultraviolet rays to gel it. A method of forming an electrolyte-containing alginate gel, e.g., a method of forming an electrolyte-containing alginate gel, e.g., by coating a photoresist-coated substrate with an electrolyte-containing alginate gel).
A method of immersing the substrate in a sodium alginate aqueous solution to fill only the hole portion with the aqueous solution, and immersing the substrate in this state in an electrolyte-containing calcium chloride aqueous solution to gel the sodium alginate aqueous solution to form a calcium alginate gel. In the sol-gel method used in the process of synthesizing glass, for example, a substrate coated with a photoresist is immersed in a mixed solution of metal alkoxide, water, and an electrolyte, and the holes are filled with the mixed solution. This can be advantageously carried out by a method in which the electrolytic solution is gelled by a sol-gel method and the electrolytic solution is retained by the gel.

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。
Various electrolytes, such as potassium chloride and sodium sulfate, can be used as the electrolyte to be retained by the porous material as a carrier.

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、初めは液体状でデイツプコーティング
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。
Gas-permeable membranes are hydrophobic and do not allow aqueous solutions to pass through them, but they are initially liquid and can be dip-coated or spin-coated, and can be used as electrode materials, substrates such as silicon substrates, and insulating films. It is also essential that the electrolyte has good adhesion to the silicon oxide film, etc., and that the electrolyte does not leak outside. Suitable gas permeable membrane materials include photoresists, preferably negative-tone photoresists, and the like. Although Teflon (trade name) membrane is oxygen permeable, it does not have adhesive strength.
Use must be avoided.

〔作 用〕[For production]

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
えろ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 oxygen electrode according to the present invention is mass-produced using lithography technology and thin film formation technology that are used in the formation of semiconductor integrated circuits, and in order to be able to withstand practical use, It must be possible to obtain low noise and good reproducibility. As a method for this purpose, the present invention improves insulation by coating a hydrophobic insulating film on the surface and side surfaces of the substrate opposite to where the oxygen electrode is formed.

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イツプコーティ
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。
By doing the above, the cell forming the oxygen electrode is completely electrically isolated from the outside world made of aqueous solution, and it is possible to reduce variations in response values and noise. However, in the present invention, the above operation In order to achieve this more advantageously, a hydrophobic resin is applied to the back surface of the oxygen electrode after the formation of the cathode and anode, and this film is then coated by dip coating when forming the gas permeable film (also hydrophobic). This also provides insulation on the side surfaces.

〔実施例〕〔Example〕

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 a method for manufacturing a small oxygen electrode according to the present invention will be explained 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
、ボーラロ型とするために画電極とも金電極で構成した
FIG. 1 is a perspective view showing a preferred example of a small-sized oxygen electrode according to the present invention. The illustrated oxygen electrode has a rectangular parallelepiped shape, the sensitive part is covered with a gas permeable membrane 14, and the electrodes 3A and 3B are connected to an attached device.
A part of it is exposed. In this example, the electrodes 3A and 3B were made of gold electrodes as well as the picture electrodes to make them Bolaro 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、異方性エツ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 shown in FIG. 1 can be understood in detail from FIG. 2, which is a sectional view taken along the line II--II. A silicon substrate 1 has holes formed by anisotropic etching, and a silicon oxide film 2 is deposited as an insulating film on the entire surface thereof. Furthermore, the back surface of the substrate is covered with a hydrophobic insulating film 7 that is hard to tear. Two gold electrodes 3A and 3B are deposited in pairs in the holes of the silicon substrate 1. As shown in FIG. 1, a portion of each of the gold electrodes 3A and 3B extends to the outside of the groove. Further, the holes in the silicon substrate 1 are filled with an electrolyte-containing porous material (hereinafter referred to as gel) 6. Furthermore, a gas permeable film 14 is coated on the upper part of the hole so as to cover the entire upper part of the substrate 1 (excluding the exposed part in FIG. 1), and this is also used as an insulating film on the side and back surfaces. 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。
The small oxygen electrode shown in FIGS. 1 and 2 is, for example,
It can be advantageously manufactured by the manufacturing process shown in sequence in FIG. Note that the main body after forming the electrodes shown in FIG. 3(A) can be manufactured through the following steps.

なお、以下の説明では、理解を容易ならしめるため、1
枚のウェハーに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。
In the following explanation, 1.
Although the case where only one oxygen electrode is formed on a wafer is described, it should be understood that in reality, multiple small oxygen electrodes are formed simultaneously. Here, a case will be described in which calcium alginate gel is used as an electrolyte-containing gel.

1、ウェハー洗浄 厚さ350 μmの(100)面2インチシリコンウェ
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 2-inch (100)-sided silicon wafer with a thickness of 350 μm was prepared and cleaned with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and concentrated nitric acid.

2.5i02膜の形成 シリコンウェハーをウェット熱酸化し、その全面に膜厚
0.8 μmのSiO□膜を形成した。
Formation of 2.5i02 film A silicon wafer was subjected to wet thermal oxidation to form a SiO□ film with a thickness of 0.8 μm on the entire surface.

3、エツ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60 cP)を使用して、ウェハー上にエツチング用
レジストパターンを形成した。
3. Formation of etching pattern An etching resist pattern was formed on the wafer using a negative photoresist (OMR-83 manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., viscosity 60 cP).

4、レジスト塗布 ウェ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 step was also applied to the back side of the wafer and baked at 130°C for 30 minutes.

5.5iO7膜のエツチング 50%フッ化水素酸:50%フッ化アンモニウム=1:
6水溶液にウェハーを浸漬し、フォトレジストが被覆さ
れていない露出部分の8102をエツチングにより除去
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。
5.5iO7 film etching 50% hydrofluoric acid: 50% ammonium fluoride = 1:
The wafer was immersed in an aqueous solution of No. 6, and the exposed portion 8102 not covered with photoresist was removed by etching. Subsequently, the resist was removed using a sulfuric acid/hydrogen peroxide solution (2:1).

6、Slの異方性エツチング 80℃の35%水酸化カリウム水溶液中にてシリコンの
異方性エツチングを行った。エツチング深さ300μn
〕。エツチング完了後、ウェハーを純水で洗浄した。
6. Anisotropic etching of silicon Silicon was anisotropically etched in a 35% potassium hydroxide aqueous solution at 80°C. Etching depth 300μn
]. After etching was completed, the wafer was washed with pure water.

この異方性エツチングの完了後、エツチング時に使用し
た5102膜を除去した。これは、工程5と同様に50
%フッ化水素?a:50%フッ化アンモニウム=1:6
水溶液中で行った。
After completing this anisotropic etching, the 5102 film used during etching was removed. This is 50 as in step 5.
% hydrogen fluoride? a: 50% ammonium fluoride = 1:6
It was carried out in an aqueous solution.

?、SiO□膜の形成 シリコンウェハー1の表面に5iO7膜を成長させるた
め、1.と同様の洗浄工程に引き続いて、ウェハーをウ
ェット熱酸化した。膜厚0.8μmのSin□膜2が形
成された。
? , Formation of SiO□ film In order to grow a 5iO7 film on the surface of the silicon wafer 1, 1. Following a similar cleaning step, the wafers were wet thermally oxidized. A Sin□ film 2 with a thickness of 0.8 μm was formed.

8、クロムおよび金薄膜の形成 りロム薄膜(400人、金と基板の密着用)に引き続き
、金薄膜(4000人)を真空蒸着により形成した。
8. Formation of Chromium and Gold Thin Films Following the ROM thin film (400 people, adhesion of gold and substrate), a gold thin film (4000 people) 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 DMR−83、粘度60 cP
)を使用して、ウェハー1のSiO□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 (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. DMR-83, viscosity 60 cP)
) was used to form a resist pattern for electrode formation (not shown) on the SiO□ of the wafer 1.

10、金およびクロムのエツチング 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ツ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ツ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. Gold and chromium etching The substrate on which the resist pattern was formed was immersed in the following gold and chromium etching solutions (1) and (3) in this order, and the exposed gold and chromium portions were removed by etching. Furthermore, after washing with pure water, sulfuric acid/hydrogen peroxide solution (2:
1) The resist was removed using a solution.

■全エツチング液:4gKr  およびIglaを40
m1 の水に溶かしたもの。
■Total etching solution: 4g Kr and 40g of Igla
Dissolved in ml of water.

■クロムエツチング液:0,5 g NaOHおよび1
g LFe(CN)aを4 mlの水に溶かしたもの。
■Chrome etching solution: 0.5 g NaOH and 1
g LFe(CN)a 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。FIG. 3(A) shows the state in which the gold electrode is formed.

図中の3A及び3Bが電極で、5は穴である。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−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 a hydrophobic insulating film on the back side of the substrate A hydrophobic insulating film (KR-282 manufactured by Shin-Etsu Silicone) is formed on the back side of the substrate 1.
was coated in a similar manner and baked at 250°C. This insulating film is indicated 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60 cP) 4で被覆した。
12. Applying resist (Figure 3 (B)) Apply negative photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) to the surface of the main body other than the hole 5 and the pad area for electrical contact.
Coated with OMR-83, viscosity 60 cP) 4.

これは、ウェハーの表面にフォトレジストを塗布し、プ
リベータ後に露光及び現像を行うことによって実施した
This was done by applying a photoresist to the surface of the wafer, exposing and developing after pre-beta.

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 the substrate A large number of oxygen electrodes formed on the substrate were cut 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. The tip of the hydrophilized tip in the hole was immersed in a 1M aqueous sodium hydroxide solution. As a result, the areas not covered with resist became hydrophilic.

15、アルギン酸カルシウムゲルの充填(第3図(C)
) 電解液含存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 (Figure 3 (C)
) The following two types of solutions were prepared for forming electrolyte-containing gels.

A液ニ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 nyalginate 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 a 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 shown in FIG. 3(B) was immersed in liquid A and slowly pulled up, the negative photoresist film 4 was hydrophobic, so the liquid A was repelled from the resist film and remained only in the hole 5. Ta. Next, when this chip was immersed in Solution B, Solution A instantly gelled. An electrolyte-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60 cP)をデイツプコーティ
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. Covering the gas-permeable membrane (Fig. 3 (D)) The gas-permeable membrane 14 is coated on the electrolyte-containing gel 6 so as to cover the gel.
coated. In this example, the same negative photoresist as used in step 3 was used as the gas permeable film. That is, a negative photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. OMR-
83 (trade name), viscosity 60 cP) was applied by dip coating. This resist is immediately exposed and developed without pre-baking, and then the small oxygen electrode body is left in pure water or saturated steam overnight to remove the thinner from the resist, completing the gas permeable film and sidewall insulating film. I let it happen. This resist film is also formed on the back surface, which has an advantageous effect in further improving the insulation properties.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、酸米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 present invention, the portion of the cell forming the acid rice electrode is completely electrically isolated from the external aqueous solution, making it less susceptible to noise and reducing variations in response values. Therefore, the reproducibility and
A compact, low-cost, mass-producible oxygen electrode is provided that does not exhibit a decrease in reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

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IT−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は電解液含有ゲノペ
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 cross-sectional view of the electrode in FIG. 1 along line IT-II, and FIGS. (D) is a sectional view sequentially showing the second 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-containing genepe 7 is a hydrophobic insulating film, and 14 is a gas permeable film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1、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。
1. A substrate, a hole made by anisotropic etching on the surface of the substrate, and 2. A hole formed on the substrate via an insulating film, extending from the bottom of the hole to the surface of the substrate. In a small oxygen electrode comprising a solid electrode, an electrolyte-containing porous material filled inside the hole, and a gas permeable membrane covering and closing the hole, the substrate further includes, at least on the back side thereof, A small oxygen electrode characterized by having a hydrophobic insulating film.
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