JPH04125462A - Oxygen electrode - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
小型酸素電極に関し、
電解質層とガス透過性膜の選択的パターン形成の困難性
およびこれらに伴うチップ単位作成プロセスの不可避性
の排除並びに検量線の直線性、連続使用時の安定性およ
びくり返し使用時の安定性の確保を目的とし、
少なくとも2つの電極を形成した平面状電極基板と、該
2つの電極に対向した電解液を収納する凹部を形成し、
前記平面状電極基板に張り合わされる容器基板とを有し
、前記凹部のうち作用電極を構成する電極に対向する凹
部は平面状電極基板と反対側の面まで延びて貫通孔を形
成し、更に該貫通孔を被覆するガス透過性膜を有するよ
うに構成する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] Regarding a small oxygen electrode, the difficulty of selective patterning of an electrolyte layer and a gas permeable membrane, the accompanying unavoidability of the chip-by-chip fabrication process, and the linearity of a calibration curve. , for the purpose of ensuring stability during continuous use and stability during repeated use, a planar electrode substrate having at least two electrodes formed thereon, and a recessed portion facing the two electrodes for accommodating an electrolyte,
a container substrate bonded to the planar electrode substrate; a recessed portion of the recessed portion facing the electrode constituting the working electrode extends to a surface opposite to the planar electrode substrate to form a through hole; It is configured to have a gas permeable membrane covering the through hole.
本発明は、酸素電極およびその製法に関し、更に詳しく
はマイクロマシーニング技術を応用した小型酸素電極お
よびその製法に関する。The present invention relates to an oxygen electrode and a method for manufacturing the same, and more particularly to a small-sized oxygen electrode using micromachining technology and a method for manufacturing the same.
酸素電極は種々の分野において、溶存酸素濃度の測定に
有利に用いられている。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。この溶存酸素濃度の測定器としてこの酸素電極を使
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、この測定器として小型酸素電
極を使用することができる。また、医療分野では、小型
で使い捨てが可能な酸素センサが求められている。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、糖やアルコール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。Oxygen electrodes are advantageously used in various fields to measure dissolved oxygen concentration. For example, the biochemical oxygen demand (BOD) in water is measured from the viewpoint of water quality conservation. This 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 a small oxygen electrode can be used as a measuring device for this purpose. Furthermore, in the medical field, there is a demand for oxygen sensors that are small and disposable. 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, alcohols, and the like. For example, glucose is oxidized to gluconolactone by reacting with dissolved oxygen using the enzyme glucose oxidase as a catalyst. Glucose concentration can be determined from consumption.
このように小型酸素電極は、環境計測、醗酵工業、臨床
医療など各種の分野で使用できる。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。In this way, small oxygen electrodes can be used in various fields such as environmental measurement, fermentation industry, and clinical medicine. Particularly in the field of clinical medicine, where it is attached to a catheter and inserted into the body, it is of great utility because it is small, disposable, and inexpensive.
本発明者らは、市販されているタイプの酸素電極では、
小型化ができず大量生産も不可能であることより、リソ
グラフィー技術及び異方性エツ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、特開昭63−238548号
)(第7〜9図参照)。このタイプの酸素電極は、シリ
コン基板1上に異方性エツチングにより形成した穴2の
上に、絶縁膜3を介して2本の電極すなわちアノード4
とカソード5を形成し、さらにこの穴の内部に電解液含
有体6を収容し、そして最後に穴の上面をガス透過性膜
7で覆った構造を有する酸素電極である。尚図中、8は
感応部であり、9はパッドである。このような酸素電極
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。The inventors found that in commercially available types of oxygen electrodes,
Since miniaturization and mass production were not possible, we developed a new type of compact oxygen electrode using lithography technology and anisotropic etching technology, and applied for a patent (Japanese Patent Application No. 71739/1983, No. 63-238548) (see Figures 7 to 9). This type of oxygen electrode has two electrodes, ie, an anode 4, placed over a hole 2 formed on a silicon substrate 1 by anisotropic etching, with an insulating film 3 interposed therebetween.
This oxygen electrode has a structure in which a cathode 5 is formed, an electrolyte containing body 6 is housed inside the hole, and finally the upper surface of the hole is covered with a gas permeable membrane 7. In the figure, 8 is a sensitive part and 9 is a pad. Such an oxygen electrode is small, has little variation in characteristics, and can be mass-produced in bulk, so it is low cost.
このように、従来の小型酸素電極は、その材料に改良を
加えることにより、実用レベルに近いものが得られるよ
うになってきた。しかし、これを工場の生産ラインで製
造し、市販するためには依然として解決しなければなら
ない幾つかの課題が残されている。これらは以下のよう
なものである。As described above, by improving the materials of conventional small-sized oxygen electrodes, it has become possible to obtain ones close to the practical level. However, there are still some problems that must be solved in order to manufacture this on a factory production line and sell it on the market. These are as follows.
(1)電解質層およびガス透過性膜層の形成が、多くの
場合選択的にできない。したがって、チップ単位の作業
が増え、生産性が悪くなる。これに伴い、小型酸素電極
の価格が非常に高価になる。(1) Formation of an electrolyte layer and a gas permeable membrane layer cannot be performed selectively in many cases. Therefore, the work for each chip increases, and productivity deteriorates. As a result, the price of small oxygen electrodes becomes extremely high.
(2)異方性エツチングであけた穴の上から底にかけて
電極パターンを形成する作業は、その段差が深くなれば
なるほど困難になり、パターン形成の精度が落ちるばか
りか、重ね焼きなどの特殊な工夫をする必要が生じるた
め、非常に手間がかかる。(2) The work of forming an electrode pattern from the top to the bottom of a hole drilled by anisotropic etching becomes more difficult as the step becomes deeper, which not only reduces the accuracy of pattern formation, but also requires special techniques such as overprinting. It is very time consuming as it requires some ingenuity.
(3)これまでの小型酸素電極では、ガス透過性膜を感
応部に直接形成するために、ゲル中に染み込ませた電解
質や高分子固体電解質を用いたが、電解質量を正確に規
定するのが困難で、特性のばらつき等の問題に影響を与
える。(3) Previous small oxygen electrodes have used electrolytes soaked in gel or solid polymer electrolytes in order to form gas-permeable membranes directly on the sensitive area, but it is difficult to precisely specify the amount of electrolyte. is difficult, and this affects problems such as variation in characteristics.
(4)ガス透過性膜としては、はし約液体状のものをデ
イツプコーティングまたはスピンコーティングにより塗
布して形成したが、このようにして形成されるガス透過
性膜に用いられる材料(シリコーン樹脂等)の多くは、
年単位の保存安定性が保証されず、時間の経過とともに
劣化する。(4) The gas permeable membrane was formed by applying a liquid in the form of dip coating or spin coating, but the material used for the gas permeable membrane formed in this way (silicone resin etc.), many of them are
Storage stability on a year-by-year basis is not guaranteed, and it deteriorates over time.
(5)ガス透過性膜が張られる部分は作用極近傍のみで
良いが、1枚のシリコン基板のみを基板として用いる前
記の小型酸素電極では、アノード領域等無関係な部分に
も形成しなければならず、ガス濤過性膜が傷つきやすい
。(5) The gas-permeable membrane can be applied only to the vicinity of the working electrode, but in the aforementioned small oxygen electrode that uses only one silicon substrate as a substrate, it must also be formed in unrelated areas such as the anode area. However, the gas-permeable membrane is easily damaged.
く8)
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであ
り、本発明の酸素電極は少なくとも2つの電極(作用電
極および対極)を形成した平面状電極基板と、該2つの
電極に対向した電解液を収納する凹部を形成し、前記平
面状電極基板に張り合わされる容器基板とを有し、前記
凹部のうち作用電極を構成する電極に対向する凹部は平
面状電極基板と反対側の面まで延びて貫通孔を形成し、
更に該貫通孔を被覆するガス透過性膜を有することを特
徴とする。8) [Means for Solving the Problems] The present invention has been made to solve the above problems, and the oxygen electrode of the present invention is a planar electrode formed with at least two electrodes (a working electrode and a counter electrode). An electrode substrate, a container substrate forming a recess facing the two electrodes and accommodating an electrolytic solution, and bonded to the planar electrode substrate, the container substrate facing the electrode constituting the working electrode in the recess. The recess extends to the surface opposite to the planar electrode substrate to form a through hole,
Furthermore, it is characterized by having a gas permeable membrane covering the through hole.
更に本発明の酸素電極の製造方法は、少なくとも2つの
電極(作用電極および対極)を形成した平面状電極基板
と、該対極に対向した電解液を注入する凹部と該作用極
に対向した位置に貫通孔を設けた容器基板とを張り合わ
せ、該容器基板に設けた貫通孔をガス透過性膜で被覆し
て穴を形成し、次いで該凹部と液穴に電解液を注入する
ことを特徴とする。Furthermore, the method for manufacturing an oxygen electrode of the present invention includes a planar electrode substrate on which at least two electrodes (a working electrode and a counter electrode) are formed, a recess for injecting an electrolyte opposite to the counter electrode, and a recess at a position opposite to the working electrode. A container substrate provided with a through hole is laminated together, the through hole provided in the container substrate is covered with a gas permeable membrane to form a hole, and then an electrolytic solution is injected into the recess and the liquid hole. .
以下、更に本発明を説明する。The present invention will be further explained below.
本発明の酸素電極は、前述のように極めて小型であり、
かかる小型酸素電極の作成においてはいわゆるマイクロ
マシーニングの基礎技術が用いられる。As mentioned above, the oxygen electrode of the present invention is extremely small,
The basic technology of so-called micromachining is used in the production of such small oxygen electrodes.
このような基礎技術を用いた本発明方法のポイントは、
以下の点にある。The key points of the method of the present invention using such basic technology are:
The following points apply.
(1)基板は1枚だけで済ませず、2枚のそれぞれ加工
した基板同志を張り合わせて酸素電極を完成させる。(1) Instead of using only one substrate, two individually processed substrates are pasted together to complete the oxygen electrode.
(2)電解質の形成工程を省略する。すなわち、電解質
は小型酸素電極作製者が入れるのではなく、使用者が使
用直前に注入することとする。(2) The electrolyte formation step is omitted. That is, the electrolyte is not injected by the manufacturer of the small oxygen electrode, but by the user immediately before use.
(3)作用極・参照極・対極等の電極パターンは深い段
差に形成せず、はとんど平面に近い基板上に形成する。(3) Electrode patterns such as the working electrode, reference electrode, and counter electrode are not formed in deep steps, but are formed on a nearly flat substrate.
(4)作用極部分のみに貫通した孔をあけ、この部分の
みにガス透過性膜を張る。(4) A penetrating hole is made only in the working electrode portion, and a gas permeable membrane is applied only to this portion.
(5)ガス透過性膜を熱溶着等により接着する。(5) Adhere the gas permeable membrane by thermal welding or the like.
このような本発明の酸素電極は、2つの基板すなわち、
電極基板と容器基板とを張り合わせて作成することがで
きる。Such an oxygen electrode of the present invention has two substrates, namely:
It can be created by pasting together an electrode substrate and a container substrate.
平面状電極基板には、少なくとも2つの電極、すなわち
作用電極および対極が形成される。At least two electrodes are formed on the planar electrode substrate: a working electrode and a counter electrode.
電極を2極構成とする場合は、カソードとアノードから
成り、カソードが作用極となりアノードが対極となる。When the electrode has a two-pole configuration, it consists of a cathode and an anode, with the cathode serving as a working electrode and the anode serving as a counter electrode.
カソードおよびアノードは、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。例えば、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
ら構成するか、アノードを参照−極にして構成し、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、シリコン容器部分を侵しにくい、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、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。The cathode and anode can vary 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, or the anode is used as a reference electrode, and a voltage is applied between both electrodes during measurement. In addition, when using a polar mouth type, a material that does not easily attack the silicone container part, such as 0
.. It is preferable to use a neutral aqueous solution such as a 1M aqueous potassium chloride solution. In addition, an electrode made of a metal such as lead or silver that is more likely to cause a chemical reaction than gold or platinum is used as the anode electrode, an electrode made of gold or platinum is used as the cathode electrode, and the electrolyte is a 1M potassium hydroxide aqueous solution, for example. A galvanic type oxygen electrode can be manufactured by using an alkaline aqueous solution such as
また、3極構成とする場合には、更に参照極が設けられ
、作用極および対極を金電極あるいは白金電極から構成
し、参照極として例えば銀/塩化銀参照極等が好ましく
使用される。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。Further, in the case of a three-electrode configuration, a reference electrode is further provided, and the working electrode and the counter electrode are composed of a gold electrode or a platinum electrode, and a silver/silver chloride reference electrode or the like is preferably used as the reference electrode. Formation of such an electrode can be advantageously performed by, for example, a film forming method such as vacuum evaporation or sputtering.
電解液としては、塩化カリウム水溶液、水酸化カリウム
、硫酸ナトラム水溶液等の種々のものを用いることがで
きる。Various electrolyte solutions can be used, such as a potassium chloride aqueous solution, potassium hydroxide, and a sodium sulfate aqueous solution.
ガス透過性膜は、疎水性で水溶液が通過しないことは必
須条件であるが、熱溶着等によりシリコン基板あるいは
シリコン酸化膜と密着性良く接着できることも重要であ
る。適当なガス透過性膜材料としては、FEPのほかシ
リコン容器部分等をあげることができる。Although it is essential that the gas permeable membrane is hydrophobic so that an aqueous solution cannot pass therethrough, it is also important that it can be adhered to a silicon substrate or a silicon oxide film with good adhesion by thermal welding or the like. Suitable gas permeable membrane materials include FEP as well as silicone container parts and the like.
本発明の酸素電極の好ましい態様は次の通りである。Preferred embodiments of the oxygen electrode of the present invention are as follows.
平面状電極基板に更に参照極が形成されており、容器基
板には、更に参照極に対向して電解液を注く12)
入する凹部が形成されている。A reference electrode is further formed on the planar electrode substrate, and a recess into which an electrolytic solution is poured is further formed in the container substrate facing the reference electrode.
また、平面状電極基板に形成される電極は、各電極表面
上での生成物の影響を受けない程度に離れているのが好
ましい。Further, it is preferable that the electrodes formed on the planar electrode substrate are separated from each other to an extent that they are not affected by products on the surfaces of each electrode.
好ましい平面状電極基板の基材としては、パイレックス
ガラス基板、鉛ガラス基板、パイレックスガラスを含む
ホウケイ酸ガラス薄膜を表面に形成したシリコン基板、
鉛ガラス薄膜を表面に形成したシリコン基板、パイレッ
クスガラスを含むホウケイ酸ガラス薄膜を表面に形成し
たガラス基板、鉛ガラス薄膜を表面に形成したガラス基
板、および表面に熱酸化膜を形成したシリコン基板等が
挙げられる。Preferred base materials for the planar electrode substrate include a Pyrex glass substrate, a lead glass substrate, a silicon substrate on which a borosilicate glass thin film containing Pyrex glass is formed,
Silicon substrates with a lead glass thin film formed on the surface, glass substrates with a borosilicate glass thin film containing Pyrex glass formed on the surface, glass substrates with a lead glass thin film formed on the surface, silicon substrates with a thermal oxide film formed on the surface, etc. can be mentioned.
電極基板上に形成された各電極の一方の端部にパッド部
が好ましく形成され、このパッド部の大きさが、ICの
ソケット端子等を直接挟んで使用できる程度である。A pad portion is preferably formed at one end of each electrode formed on the electrode substrate, and the size of this pad portion is such that it can be used by directly sandwiching a socket terminal of an IC.
一方、容器基板の基材としては、半導体基板特にシリコ
ン基板が有利に使用される。シリコン基板は特に(10
0)面シリコン基板が好ましい。シリコン基板を使用す
る場合、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。窒化シリコン膜は絶縁膜
として非常に良い性質を有するが、陽極接合ができない
ため、接合面には使用できない。On the other hand, a semiconductor substrate, particularly a silicon substrate, is advantageously used as the base material of the container substrate. Silicon substrates are especially (10
0) plane silicon substrate is preferred. When using a silicon substrate, the insulating film can be formed from a silicon oxide film or others. A silicon oxide film can be easily formed by thermally oxidizing a silicon substrate, for example. Although silicon nitride film has very good properties as an insulating film, it cannot be used as a bonding surface because it cannot be anodic bonded.
また、容器基板内に形成された電解液収納用の各凹部は
、それぞれ細長い溝を介して連結させることができる。Furthermore, the electrolyte storage recesses formed in the container substrate can be connected to each other via elongated grooves.
更に、本酸素電極において、電極は平面状上にそのパタ
ーンに合わせてエツチングされた浅い溝の中に形成され
ていることが好ましい。Furthermore, in the present oxygen electrode, it is preferable that the electrode be formed in a shallow groove etched on a plane according to the pattern.
また、容器基板の表面、すなわち電極基板と接合する面
の反対側面には、該容器基板に設けた貫通孔の周縁部に
凹部を設け、この凹部にガス透過性膜を被着するのが好
ましい。と言うのは、このように構成することによりガ
ス透過性膜と作用電極との距離がより短かくなり、酸素
電極自体の感度向上を図ることができるからである。Further, it is preferable that a recess is provided on the surface of the container substrate, that is, the opposite side of the surface to be bonded to the electrode substrate, at the periphery of the through hole provided in the container substrate, and a gas permeable film is applied to this recess. . This is because with this configuration, the distance between the gas permeable membrane and the working electrode becomes shorter, and the sensitivity of the oxygen electrode itself can be improved.
一方、ガス透過性膜としては、FEP (テトラフルオ
ロエチレン−ヘキサフルオロエチレン共重合体)膜が好
ましく用いられ、その厚さは20角以下のものが好まし
い。On the other hand, as the gas permeable membrane, an FEP (tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer) membrane is preferably used, and its thickness is preferably 20 squares or less.
なお、作用電極(カソード)としては金電極、白金電極
、カーボン電極等が好ましく用いられ、また、対極(ア
ノード)としても同様に金電極、白金電極、カーボン電
極等が好ましく用いられる。As the working electrode (cathode), a gold electrode, a platinum electrode, a carbon electrode, etc. are preferably used, and as the counter electrode (anode), a gold electrode, a platinum electrode, a carbon electrode, etc. are similarly preferably used.
更に、参照極としては銀/塩化銀電極が好ましい。Furthermore, a silver/silver chloride electrode is preferred as the reference electrode.
一方、電解液としては塩化カリウム水溶液、または水酸
化カリウム水溶液等が好ましく用いられる。On the other hand, as the electrolytic solution, a potassium chloride aqueous solution, a potassium hydroxide aqueous solution, or the like is preferably used.
本発明の小型酸素電極は作用極(カソード)に、対極(
アノード)あるいは参照極に対し負の一定電圧を印加し
て使用する。この状態の小型酸素電極の感応部を緩衝液
中に浸漬した状態で、溶存酸素はガス透過性膜を透過し
て作用極(カソード)上に到達し、そこで還元される。The small oxygen electrode of the present invention has a working electrode (cathode) and a counter electrode (
It is used by applying a constant negative voltage to the anode) or reference electrode. With the sensitive part of the small oxygen electrode in this state immersed in the buffer solution, dissolved oxygen passes through the gas permeable membrane and reaches the working electrode (cathode), where it is reduced.
この時発生する電流値を測定すれば、これを指標として
溶存酸素濃度がわかる。By measuring the current value generated at this time, the dissolved oxygen concentration can be determined using this as an index.
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(第1〜第4図)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 (FIGS. 1 to 4).
第1図は、本発明の小型酸素電極Aの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a small oxygen electrode A of the present invention.
図示の酸素電極は直方体の形状を有していて、感応部(
作用極部分)がガス透過性膜20で覆われるとともに、
付属のデバイスに接続するため、作用極21、対極22
および参照極23の一部が露出してパッド24を形成す
る。作用極21、対極22は、本例の場合金電極で構成
した。この電極は作用極21と対極22のみを用いた2
極構成でも使用可能であるが、さらに3極構成で使用す
る場合には、銀/塩化銀電極からなる参照極23も使用
する。The illustrated oxygen electrode has a rectangular parallelepiped shape, and has a sensitive part (
The working electrode portion) is covered with a gas permeable membrane 20, and
Working electrode 21, counter electrode 22 for connection to the attached device
A portion of the reference electrode 23 is exposed to form a pad 24. In this example, the working electrode 21 and the counter electrode 22 were made of gold electrodes. This electrode uses only a working electrode 21 and a counter electrode 22.
Although it can be used in a polar configuration, if a three-pole configuration is used, a reference electrode 23 consisting of a silver/silver chloride electrode is also used.
第1図の小型酸素電極の構造は、第3図および第4図よ
り良く理解できるであろう。すなわち、ガラスから成る
電極基板Bには、作用極21、対極22および参照極2
3が形成されている。一方、シリコンから成る容器基板
Cは、作用極21、対極22および参照極23の対応す
る部分に異方性エツチングにより形成された電解液26
を蓄える凹部25を有し、特に作用極21部分の凹部2
5aは、ガス透過性膜27を形成するためにシリコン基
板2の反対側まで貫通している。凹部25aの上面には
、ガス透過性膜27が形成されている。それぞれの穴は
細い溝で連結されている。容器基板Cの凹部には、完成
後電解質として例えば0.1MKClが満たされるが、
この電解液を微小な穴の中に注入するための注入溝26
a、26bがパッド24の近傍に形成されている。The structure of the miniature oxygen electrode of FIG. 1 may be better understood from FIGS. 3 and 4. That is, an electrode substrate B made of glass has a working electrode 21, a counter electrode 22, and a reference electrode 2.
3 is formed. On the other hand, the container substrate C made of silicon has an electrolytic solution 26 formed by anisotropic etching on the corresponding portions of the working electrode 21, the counter electrode 22, and the reference electrode 23.
In particular, the recess 25 in the working electrode 21 portion stores
5 a penetrates to the opposite side of the silicon substrate 2 in order to form a gas permeable film 27 . A gas permeable film 27 is formed on the upper surface of the recess 25a. Each hole is connected by a thin groove. The concave portion of the container substrate C is filled with, for example, 0.1M KCl as an electrolyte after completion.
Injection groove 26 for injecting this electrolyte into a minute hole
a and 26b are formed near the pad 24.
本発明の酸素電極Aは、上記の電極基板Bと容器基板C
とをそれぞれに形成した電極と凹部が対応するように位
置せしめて両者を張り合わせることにより作成される。Oxygen electrode A of the present invention comprises the above electrode substrate B and container substrate C.
It is created by arranging the electrodes and recesses formed in the respective electrodes so that they correspond to each other, and pasting them together.
このようにして作成した酸素電極Aの■−■断面図を第
2図に示す。FIG. 2 shows a sectional view taken along the line 1--2 of the oxygen electrode A produced in this manner.
第1図に示した小型酸素電極は、例えば、第5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、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。また、
第5図では作用極近傍のみを模式的に示すが、他の部分
についても同様にして形成される。The miniature oxygen electrode shown in FIG. 1 can be advantageously manufactured, for example, by the manufacturing process shown in sequence in FIG. In addition, in the following explanation, in order to make it easier to understand,
Although the case where only one oxygen electrode is formed on a single wafer is described, it should be understood that in reality, many small oxygen electrodes are formed simultaneously. Also,
Although FIG. 5 schematically shows only the vicinity of the working pole, other parts are formed in the same manner.
(1)電極基板の作製
■ 2インチ居城7740ガラス(通称パイレックス)
基板30の片面上に、後に形成する作用極(カソード)
、対極(アノード)、および参照極と同じパターンのネ
ガ型フォトレジスト膜を形成する。(1) Preparation of electrode substrate ■ 2-inch Ishiro 7740 glass (commonly known as Pyrex)
A working electrode (cathode) to be formed later on one side of the substrate 30
, a counter electrode (anode), and a negative photoresist film having the same pattern as the reference electrode.
この際電極形成部分のガラスが露出するようにする。At this time, make sure that the glass in the electrode formation area is exposed.
■ 裏面に同じネガ型フォトレジストを全面にコーティ
ングした後、150℃で30分間ベーキングを行う。■ After coating the entire surface with the same negative photoresist on the back side, bake at 150°C for 30 minutes.
■ ウェハーを50%フッ酸:濃硝酸;40%フッ化ア
ンモニウム−1:1:8混合溶液中に1時間浸漬しガラ
スの露出部分をエツチングする。エツチング深さ3側で
ある。(2) The exposed portion of the glass is etched by immersing the wafer in a 1:1:8 mixed solution of 50% hydrofluoric acid, concentrated nitric acid, and 40% ammonium fluoride for 1 hour. This is the etching depth 3 side.
■ 前記■■で形成したネガ型フォトレジスト膜を硫酸
:過酸化水素=2:1混合溶液中で剥離する(第5図(
a))。■ Peel off the negative photoresist film formed in step ■■ above in a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide = 2:1 (see Figure 5).
a)).
■ 基板を過酸化水素とアンモニアの混合溶液および純
水で十分洗浄した後、乾燥させる。■ After thoroughly cleaning the substrate with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and pure water, dry it.
■ 基板上に真空蒸着により金薄膜を形成する。■ Form a thin gold film on the substrate by vacuum evaporation.
なお、金とガラスは密着性が非常に悪いため、薄いクロ
ム層を介在させこれらの密着性を改善した。Note that since gold and glass have very poor adhesion, a thin chromium layer was interposed to improve their adhesion.
膜厚はクロム4QnAであり、金400nAである。The film thickness is chromium 4QnA and gold 400nA.
■ 基板の金を蒸着した面にポジ型フォトレジスト膜(
東京応化製、0FPR−5000)を形成する。■ A positive photoresist film (
0FPR-5000 manufactured by Tokyo Ohka.
■ 前記■と同じパターンを用いて、作用極(カソード
)、および対極(アノード)パターンを形成する。(2) Using the same pattern as in (2) above, form working electrode (cathode) and counter electrode (anode) patterns.
■ レジストパターンが形成された基板を以下の全周エ
ツチング液に浸漬し、露出した金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、アセトンによ
りレジストを除去した。(2) The substrate on which the resist pattern was formed was immersed in the following etching solution all around, and the exposed gold portion was removed by etching. Furthermore, after washing with pure water, the resist was removed with acetone.
mlの水に溶かしたもの
■ 基板を以下のエツチング液に浸漬してクロムの露出
部分を除去する。Dissolved in 1 ml of water ■ Immerse the substrate in the following etching solution to remove the exposed portion of chromium.
クロムエツチング液: 0.5 g NaOHおよび1
gK3Pe(CN)6を4rd、の水に溶かしたもの■
基板を純水にて十分洗浄後、乾燥させる。Chrome etching solution: 0.5 g NaOH and 1
gK3Pe(CN)6 dissolved in 4rd water■
After thoroughly cleaning the substrate with pure water, dry it.
金電極のみの2極系で使用する場合にはここで終了する
が、3極系で使用する場合には、さらに参照極を形成す
る。これは以下の手順で行う。When used in a bipolar system with only gold electrodes, the process ends here, but when used in a tripolar system, a reference electrode is further formed. This is done in the following steps.
■ 0の基板上に銀を400nA蒸着する。なお、■の
状態では参照極の部分にも金電極のパターンが形成され
ている方が密着性の点で好ましい。金パターンが下にあ
る場合は、■の場合と異なり、Cr層は不要である。■ Deposit silver at 400 nA on a substrate of 0.0 nm. Note that in the state (2), it is preferable from the viewpoint of adhesion that a gold electrode pattern is also formed on the reference electrode portion. When the gold pattern is underneath, the Cr layer is not necessary, unlike the case (2).
0 基板表面にポジ型フォトレジストを塗布、ベーキン
グ、露光、現像の後、参照極が形成される部分のみにフ
ォトレジストパターンを形成する。0 After applying a positive photoresist to the substrate surface, baking, exposing, and developing, a photoresist pattern is formed only in the portion where the reference electrode will be formed.
■ 基板全体を29%アンモニア:31%過酸化水素:
純水が1:1:20の混合溶液中に浸漬し、銀のエツチ
ングを行う。■ 29% ammonia: 31% hydrogen peroxide:
The silver is etched by immersing it in a mixed solution of 1:1:20 pure water.
■ 基板全体を純水で十分洗浄後、基板全体を0、1
M FeCl3溶液中に10分間浸漬し、銀の表面に薄
い塩化銀層を形成する。■ After thoroughly cleaning the entire board with pure water, wash the entire board with 0 and 1
Immerse in M FeCl3 solution for 10 minutes to form a thin silver chloride layer on the silver surface.
■ 基板全体を純水で十分洗浄する。■ Thoroughly wash the entire board with pure water.
■〜[有]の過程により、電極基体が完成する(第5図
(b))。尚第5図(b)中、31は作用極(カソード
)を示す。Through the steps ① to [Yes], the electrode base is completed (FIG. 5(b)). In FIG. 5(b), numeral 31 indicates a working electrode (cathode).
(2)容器基板の作製
■ 厚さ350#lの(100)面2インチシリコンウ
ェハー32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。(2) Preparation of container substrate ■ A 2-inch (100)-sided silicon wafer 32 with a thickness of 350 #l was prepared and washed with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and concentrated nitric acid.
■ シリコンウェハー32をウェット熱酸化(1050
℃、200分)し、その全面に膜厚1.0,1/III
の5102膜33を形成した。■ Wet thermal oxidation of silicon wafer 32 (1050
℃, 200 minutes) and coated the entire surface with a film thickness of 1.0,1/III.
A 5102 film 33 was formed.
■ シリコン基板の滑らかな面にネガ型フォトレジスト
(東京応化製DMR−83(商品名)、粘度60cP
)を塗布した後、露光・現像・リンスを行い、ウェハー
上にエツチング用レジストパターンを形成する。■ Negative photoresist (DMR-83 (trade name) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd., viscosity 60cP) on the smooth surface of the silicon substrate.
) After coating, exposure, development, and rinsing are performed to form an etching resist pattern on the wafer.
■ ウェハーを50%フッ酸:40%フッ化アンモニウ
ム−1:6混合溶液中に浸漬し5IO2の露出部分をエ
ツチングする(第5図(C))。(2) The wafer is immersed in a 1:6 mixed solution of 50% hydrofluoric acid and 40% ammonium fluoride to etch the exposed portion of 5IO2 (FIG. 5(C)).
■ ■■で形成したネガ型フォトレジスト膜を硫酸:過
酸化水素=2;1混合溶液中で剥離する。(2) The negative photoresist film formed in (2) is peeled off in a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide (2:1).
■ 基板を80℃の35%に回申に浸漬し、シリコンの
異方性エツチングを行い、(1)で作成した電極パター
ンに対応した凹部を形成する。なお、凹部のパターンが
複雑な時は■〜■の工程を複数回行う。最終的に対極お
よび参照極部分に電解液を蓄える空洞を有し、作用極部
分に貫通孔34を有する容器を得る。(2) Immerse the substrate in a 35% dipping solution of 80°C to perform anisotropic etching of silicon to form recesses corresponding to the electrode patterns created in (1). Note that if the pattern of the recesses is complex, steps ① to ① are performed multiple times. Finally, a container is obtained which has a cavity for storing the electrolyte in the counter electrode and reference electrode portions and a through hole 34 in the working electrode portion.
■゛シリコン2932表面して使用した5in2が残っ
ていると、(3〉の陽極接合の際より高い温度を必要と
するため、■のエツチング液中にて完全に除去する。(2) If the 5in2 used as the surface of the silicon 2932 remains, it is completely removed in the etching solution (2) because a higher temperature is required than in the anodic bonding in (3).
■〜■の過程により、電解液を蓄える容器基板が完成す
る(第5図(d))。Through the steps (1) to (2), a container substrate for storing the electrolyte is completed (FIG. 5(d)).
く3)電極基板および容器基板の接着
■(1)および(2)の工程で完成した電極基板を純水
中で超音波洗浄し、一方電解液収納容器基板は過酸化水
素/アンモニア水溶液および純水で十分に洗浄する。3) Adhesion of electrode substrate and container substrate■ The electrode substrate completed in steps (1) and (2) was ultrasonically cleaned in pure water, while the electrolyte storage container substrate was cleaned with hydrogen peroxide/ammonia aqueous solution and pure water. Wash thoroughly with water.
■(1)の電極形成面のパターンと(2)のエツチング
による凹部の形成された面のパターンの位置合わせを清
浄雰囲気下で行う。(2) Align the pattern of the electrode forming surface in (1) with the pattern of the surface on which the recesses are formed by etching (2) in a clean atmosphere.
■250℃の温度で基板間に1200 Vを印加するこ
とにより、電極基板と容器基板を陽極接合する。(2) The electrode substrate and the container substrate are anodically bonded by applying 1200 V between the substrates at a temperature of 250°C.
この際、電極基板側を負とした(第5図(e))。At this time, the electrode substrate side was made negative (FIG. 5(e)).
(4)ガス透過性膜の形成
■(2)の容器基板の接着面と反対側の面で、孔の貫通
した部分にガス透過性膜35(例えば、12卿厚のFE
P膜(東し製))を適当な大きさに切断して置く。(4) Formation of a gas permeable membrane■ On the surface opposite to the adhesive surface of the container substrate in (2), a gas permeable membrane 35 (for example, a 12 mm thick FE
Cut the P membrane (manufactured by Toshi) into an appropriate size and set it aside.
■ ■の基板をFEPが溶ける程度の温度にまで加熱す
る。これにより、FEP膜が基板に接着する(第5図(
f))。■ Heat the substrate in ■ to a temperature that melts the FEP. As a result, the FEP film adheres to the substrate (Fig. 5 (
f)).
(5)基板の切り出
■ 基板上に多数形成された酸素電極をグイシングツ−
を用いてチップ状に切り出す。(5) Cutting out the substrate■ Cutting out the oxygen electrodes formed on the substrate
Cut into chips using a .
(6)電解液の注入
電解液の注入は、小型酸素電極内部の穴の大きさが大き
い時は、小型酸素電極本体を0. l M KCl中に
浸漬した状態で、この電解液をまるごと減圧することに
より容易に行うことができるが、入りにくい時は、以下
の操作を行ない、容易に電解液を入れることができる。(6) Injecting the electrolyte When injecting the electrolyte, if the hole inside the small oxygen electrode is large, insert the small oxygen electrode body into 0. This can be easily done by reducing the pressure of the entire electrolyte while immersed in lM KCl, but if it is difficult to do so, the electrolyte can be easily added by performing the following operation.
■ ビーカー中に電解液を入れ、小型酸素電極の電解液
注入用溝の部分を電解液中に、ガス透過性膜部分を気相
中に置いて、ビーカーを含む全体を密封容器基板の中に
入れ、真空ポンプで脱気する。■ Place an electrolyte in a beaker, place the electrolyte injection groove of the small oxygen electrode in the electrolyte, place the gas permeable membrane in the gas phase, and place the entire body including the beaker in a sealed container substrate. and degas it with a vacuum pump.
■ 暫く放置した後、容器基板内に急激に空気を導入す
る。この操作により、電解液36が一気にガス透過性膜
のあるところまで入る。■ After leaving it for a while, air is rapidly introduced into the container substrate. By this operation, the electrolytic solution 36 enters at once up to the gas permeable membrane.
■ 気泡がガス透過性膜部分に残っている場合には、■
■の操作を繰り返す。■ If air bubbles remain in the gas permeable membrane, ■
Repeat step ■.
なお、電解液の注入において電解質を含むアルギン酸ナ
トリウムを酸素電極の凹部および貫通孔中に入れ、次に
酸素電極全体を塩化カルシウム水溶液中に浸漬してこれ
を凹部および貫通孔中に染み込ませてアルギン酸ナトリ
ウムをゲル化してアルギン酸カルシウムとし、次に前記
の電解質水溶液中に浸漬し電解液を十分染み込ませるこ
とも可能である。また、電解質を含む溶融したアガロー
スゲル中に浸漬し、前記の方法により、ゲルを酸素電極
内部の凹部および貫通孔中に導入することができる。In addition, when injecting the electrolyte, sodium alginate containing the electrolyte is poured into the recesses and through-holes of the oxygen electrode, and then the entire oxygen electrode is immersed in an aqueous calcium chloride solution to soak into the recesses and through-holes. It is also possible to gel sodium to form calcium alginate, and then immerse it in the electrolyte aqueous solution to allow the electrolyte to soak in sufficiently. Alternatively, the gel can be introduced into the recesses and through holes inside the oxygen electrode by immersing it in molten agarose gel containing an electrolyte and using the method described above.
このような工程終了後に、実際に機能する小型酸素電極
が得られる(第5図(g))。After completing these steps, a small oxygen electrode that actually functions can be obtained (FIG. 5(g)).
(7)外部測定器との接続
このようにして作成した小型酸素電極を使用するにあた
っては、外部のアンプや検出器と電極を接続する必要が
あるが、第1図に図示するようにパッド部分を太き(作
っておけば、ここに例えばICソケットの金具部分を取
り外してここにリード線を付け、これで挟むようにして
接続することができる。また、パッド部分も溶液中に浸
漬される可能性がある場合は、この部分にリード線(例
えば50μφ程度のアルミ線)をボンディングし、パッ
ド部分およびリード線部分を樹脂で絶縁する方式を取る
こともできる。ボンディング強度が問題になる場合には
、パッド部分まで全て容器基板(シリコン)で覆い、感
応部の他にパッド部分にも貫通した穴を開け、パッド部
分にリード線先端部を入れ、これをインジウムや銀ペー
スト等で固定し、さらに絶縁性の樹脂で固める方法を取
ることもできる。(7) Connection with external measuring equipment To use the small oxygen electrode created in this way, it is necessary to connect the electrode to an external amplifier or detector. If you make it thick (for example, you can remove the metal part of the IC socket here, attach a lead wire here, and connect it by sandwiching it with this), the pad part may also be immersed in the solution. If there is, you can also bond a lead wire (for example, an aluminum wire of about 50μφ) to this part and insulate the pad part and lead wire part with resin.If bonding strength is an issue, Cover everything up to the pad part with a container substrate (silicon), make a hole through the pad part as well as the sensitive part, insert the lead wire tip into the pad part, fix it with indium or silver paste, etc., and then insulate it. You can also use a method of hardening it with a synthetic resin.
(8)小型酸素電極の使用例
上述の小型酸素電極の特性を25℃、pH7,0の10
mMリン酸緩衝液中にて調べた。印加電圧は−0,8V
(vs、Ag/AgC1)とした。なお使用に当たっ
ては、0.1 M KCI電解液をそのまま電極内に注
入するよりは、アルギン酸カルシウムゲル中に染み込ま
せて使用した方が、ノイズの少ない安定な出力が得られ
た。90%応答時間は約2分で、溶存酸素濃度Oの状態
での残余電流値は、約7%であった。(8) Example of use of small oxygen electrode The characteristics of the small oxygen electrode mentioned above are as follows:
The test was conducted in mM phosphate buffer. Applied voltage is -0.8V
(vs, Ag/AgC1). In use, stable output with less noise was obtained when the 0.1 M KCI electrolyte was soaked into calcium alginate gel rather than directly injected into the electrode. The 90% response time was about 2 minutes, and the residual current value at a dissolved oxygen concentration of O was about 7%.
また、第6図に検量線を示す。溶存酸素濃度8.2pI
1m (25℃での飽和溶存酸素濃度)以下で非常に
良好な直線性が認められた。Moreover, a calibration curve is shown in FIG. Dissolved oxygen concentration 8.2pI
Very good linearity was observed below 1 m (saturated dissolved oxygen concentration at 25°C).
以上説明したように本発明は構成されるものであるから
、プロセスから電解質層の形成工程をなくすことが可能
となる。このため、ウェハー状で最初から最後まで一括
して酸素電極の作製が行え、手間がかからずコストダウ
ンが図れる効果を奏する。また、電極は深い穴のない平
面基板上に形成するため、電極パターンの形成が容易で
ある。また、電解質層を含まない乾燥状態で保存が可能
なた袷、ガス透過性膜の劣化が起こりにくく、長期の保
存が可能であるばかりでなく、ガス透過性膜の部分が必
要最小限に抑えられるため、ガス透過性膜に傷がつきに
くい等の種々の効果を奏する。Since the present invention is constructed as described above, it is possible to eliminate the step of forming an electrolyte layer from the process. For this reason, oxygen electrodes can be manufactured in a wafer form from start to finish in one go, which has the effect of reducing costs without requiring much effort. Furthermore, since the electrodes are formed on a flat substrate without deep holes, it is easy to form an electrode pattern. In addition, the bag can be stored in a dry state without an electrolyte layer, and the gas-permeable membrane is less prone to deterioration, making it possible to store it for a long time. This provides various effects such as making the gas permeable membrane less likely to be damaged.
第1図は、本発明の一実施例の小型酸素電極の平面図で
あり、
第2図は、第1図の■−■断面図であり、第3図は、第
1図に図示する酸素電極を構成する電極基板の平面図で
あり、
第4図は、第1図に図示する酸素電極を構成する容器基
板の平面図であり、
第5図(a)〜(g)は、第1図に示した小型酸素電極
の製造プロセスを順を追って示した断面図であり、
第6図は、本発明の小型酸素電極の検量線を示すグラフ
であり、
第7図は、従来の酸素電極の平面図であり、第8図は、
第7図に示す酸素電極の■−■断面図であり、
第9図は、第7図に示す酸素電極のIX−IX断面図で
ある。
20 、27 、35・・・ガス透過性膜、21・・・
作用極、 22・・・対極、23・・・参照
極、 25・・・凹部、26 、36・・・
電解液、 34・・・貫通孔、A・・・酸素電極
、 B・・・電極基板、C・・・容器基板。
(b)
(d)
3ム
(f)
−工
350J−1n
−十FIG. 1 is a plan view of a small oxygen electrode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view taken along the line ■-■ in FIG. 1, and FIG. 4 is a plan view of an electrode substrate forming an electrode; FIG. 4 is a plan view of a container substrate forming an oxygen electrode shown in FIG. 1; FIGS. FIG. 6 is a graph showing a calibration curve of the small oxygen electrode of the present invention, and FIG. 7 is a graph showing the calibration curve of the small oxygen electrode of the present invention. FIG. 8 is a plan view of
FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of the oxygen electrode shown in FIG. 7. FIG. 9 is a sectional view taken along line IX-IX of the oxygen electrode shown in FIG. 20, 27, 35... gas permeable membrane, 21...
Working electrode, 22... Counter electrode, 23... Reference electrode, 25... Concave portion, 26, 36...
Electrolyte, 34... Through hole, A... Oxygen electrode, B... Electrode substrate, C... Container substrate. (b) (d) 3mu (f) -Eng.350J-1n -10
Claims (1)
成した平面状電極基板と、該2つの電極に対向した電解
液を収納する凹部を形成し、前記平面状電極基板に張り
合わされる容器基板とを有し、前記凹部のうち作用電極
を構成する電極に対向する凹部は平面状電極基板と反対
側の面まで延びて貫通孔を形成し、更に該貫通孔を被覆
するガス透過性膜を有することを特徴とする酸素電極。 2、平面状電極基板に更に参照極が形成されており、容
器基板に、更に参照極に対向して電解液を注入する凹部
が形成されている、請求項1記載の酸素電極。 3、平面状電極基板に形成された電極が、各電極表面上
での生成物の影響を受けない程度の距離だけ離れている
、請求項1又は2記載の酸素電極。 4、各凹部が細長い溝で連結されている、請求項1又は
2記載の酸素電極。 5、容器基板の接合面の反対面側の貫通孔の周縁部に、
凹部を設け該凹部にガス透過性膜を被着するようにした
請求項1〜4のいずれかに記載の酸素電極。 6、平面状電極基板が、パイレックスガラス基板、鉛ガ
ラス基板、パイレックスガラスを含むホウケイ酸ガラス
薄膜を表面に形成したシリコン基板、鉛ガラス薄膜を表
面に形成したシリコン基板、パイレックスガラスを含む
ホウケイ酸ガラス薄膜を表面に形成したガラス基板、鉛
ガラス薄膜を表面に形成したガラス基板、および表面に
熱酸化膜を形成したシリコン基板の群から選ばれる1種
である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の酸素電極
。 7、電極が、平面状電極基板上にそのパターンに合わせ
てエッチングされた浅い溝の中に形成されている、請求
項1又は2記載の酸素電極。 8、シリコン基板が、(100)面シリコン基板である
、請求項1又は2記載の酸素電極。 9、ガス透過性膜がFEP膜である、請求項1記載の酸
素電極。 10、前記各電極の一方の端部にパッド部が形成され、
このパッド部の大きさが、ICのソケット端子等を直接
挟んで使用できる大きさである、請求項1〜9記載の酸
素電極。 11、少なくとも2つの電極(作用電極および対極)を
形成した平面状電極基板と、該対極に対向した電解液を
注入する凹部と該作用極に対向した位置に貫通孔を設け
た容器基板とを張り合わせ、該容器基板に設けた貫通孔
をガス透過性膜で被覆して穴を形成し、次いで該凹部と
該穴に電解液を注入することを特徴とする、酸素電極の
作製方法。 12、平面状電極基板に更に参照極が形成されており、
容器基板に更に参照極に対向して電解液を注入する凹部
が形成されている、請求項11記載の方法。 13、酸素電極を電解液中に浸漬し、脱気操作により該
電解液を酸素電極内部の空洞に導入する、請求項11又
は12に記載の方法。[Claims] 1. A planar electrode substrate on which at least two electrodes (a working electrode and a counter electrode) are formed, and a recess for accommodating an electrolyte facing the two electrodes, and and a container substrate to be bonded together, the recess facing the electrode constituting the working electrode extends to the surface opposite to the planar electrode substrate to form a through hole, and further covers the through hole. An oxygen electrode characterized by having a gas permeable membrane. 2. The oxygen electrode according to claim 1, wherein a reference electrode is further formed on the planar electrode substrate, and a recessed portion for injecting an electrolytic solution is further formed on the container substrate facing the reference electrode. 3. The oxygen electrode according to claim 1 or 2, wherein the electrodes formed on the planar electrode substrate are separated by a distance sufficient to avoid being affected by products on the surfaces of each electrode. 4. The oxygen electrode according to claim 1 or 2, wherein each recess is connected by an elongated groove. 5. At the periphery of the through hole on the side opposite to the bonding surface of the container substrate,
5. The oxygen electrode according to claim 1, wherein a recess is provided and a gas permeable membrane is adhered to the recess. 6. The planar electrode substrate is a Pyrex glass substrate, a lead glass substrate, a silicon substrate on which a borosilicate glass thin film containing Pyrex glass is formed, a silicon substrate on which a lead glass thin film is formed, or a borosilicate glass containing Pyrex glass. Any one of claims 1 to 5, which is one selected from the group of a glass substrate with a thin film formed on its surface, a glass substrate with a lead glass thin film formed on its surface, and a silicon substrate with a thermal oxide film formed on its surface. Oxygen electrode described in Section. 7. The oxygen electrode according to claim 1 or 2, wherein the electrode is formed in a shallow groove etched in a pattern on a planar electrode substrate. 8. The oxygen electrode according to claim 1 or 2, wherein the silicon substrate is a (100) plane silicon substrate. 9. The oxygen electrode according to claim 1, wherein the gas permeable membrane is an FEP membrane. 10. A pad portion is formed at one end of each of the electrodes,
10. The oxygen electrode according to claim 1, wherein the pad portion is large enough to be used by directly sandwiching an IC socket terminal or the like. 11. A planar electrode substrate on which at least two electrodes (a working electrode and a counter electrode) are formed, a container substrate having a recess opposite to the counter electrode into which an electrolyte is injected, and a through hole at a position opposite to the working electrode. 1. A method for producing an oxygen electrode, which comprises bonding the container substrate together, covering a through hole provided in the container substrate with a gas permeable film to form a hole, and then injecting an electrolyte into the recess and the hole. 12. A reference electrode is further formed on the planar electrode substrate,
12. The method according to claim 11, wherein the container substrate further has a recess formed therein opposite to the reference electrode for injecting the electrolyte. 13. The method according to claim 11 or 12, wherein the oxygen electrode is immersed in an electrolytic solution, and the electrolytic solution is introduced into a cavity inside the oxygen electrode by a degassing operation.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2243849A JPH04125462A (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Oxygen electrode |
KR1019910016150A KR960012335B1 (en) | 1990-09-17 | 1991-09-16 | Oxygen electrode |
EP91308484A EP0476980B1 (en) | 1990-09-17 | 1991-09-17 | Oxygen electrode and process for the production thereof |
DE69125557T DE69125557T2 (en) | 1990-09-17 | 1991-09-17 | Oxygen electrode and process for its manufacture |
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US08/153,144 US5431806A (en) | 1990-09-17 | 1993-11-17 | Oxygen electrode and temperature sensor |
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JP2243849A JPH04125462A (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Oxygen electrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH04125462A true JPH04125462A (en) | 1992-04-24 |
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Family Applications (1)
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JP2243849A Pending JPH04125462A (en) | 1990-09-17 | 1990-09-17 | Oxygen electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH04125462A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5573649A (en) * | 1991-03-20 | 1996-11-12 | Fujitsu Limited | Miniaturized oxygen electrode and process of producing same |
US5747669A (en) * | 1995-12-28 | 1998-05-05 | Fujitsu Limited | Oxygen electrode and its manufacture |
JP2006226797A (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Japan Health Science Foundation | Thin-film electrode substrate and its manufacturing method |
-
1990
- 1990-09-17 JP JP2243849A patent/JPH04125462A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5573649A (en) * | 1991-03-20 | 1996-11-12 | Fujitsu Limited | Miniaturized oxygen electrode and process of producing same |
US5747669A (en) * | 1995-12-28 | 1998-05-05 | Fujitsu Limited | Oxygen electrode and its manufacture |
US6083367A (en) * | 1995-12-28 | 2000-07-04 | Fujitsu Limited | Oxygen electrode and its manufacture |
JP2006226797A (en) * | 2005-02-17 | 2006-08-31 | Japan Health Science Foundation | Thin-film electrode substrate and its manufacturing method |
JP4590527B2 (en) * | 2005-02-17 | 2010-12-01 | 財団法人ヒューマンサイエンス振興財団 | Thin film electrode substrate manufacturing method |
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