JPS60146145A - 酸素電極 - Google Patents

酸素電極

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JPS60146145A
JPS60146145A JP59002464A JP246484A JPS60146145A JP S60146145 A JPS60146145 A JP S60146145A JP 59002464 A JP59002464 A JP 59002464A JP 246484 A JP246484 A JP 246484A JP S60146145 A JPS60146145 A JP S60146145A
Authority
JP
Japan
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electrode
oxygen
cathode
electrolyte
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP59002464A
Other languages
English (en)
Inventor
Ichiro Takatsu
高津 一郎
Masao Goto
正男 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nok Corp
Original Assignee
Nippon Oil Seal Industry Co Ltd
Nok Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Oil Seal Industry Co Ltd, Nok Corp filed Critical Nippon Oil Seal Industry Co Ltd
Priority to JP59002464A priority Critical patent/JPS60146145A/ja
Publication of JPS60146145A publication Critical patent/JPS60146145A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/404Cells with anode, cathode and cell electrolyte on the same side of a permeable membrane which separates them from the sample fluid, e.g. Clark-type oxygen sensors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、酸素電極に関する。更に詳しくは、クラーク
型酸素電極に関する。
内部電解液を蓄えたガラス管などの容器開口部に内部電
極カソードを設け、更にこれを酸素透過膜で覆ってなる
クラーク型酸素電極は、バイオセンサーの信号変換素子
として多く用いられているが、内部電解液を含む電極系
を酸素透過膜で被覆しなければならないという構造上の
制約から、それの小型化が困難であった。
かかる構造上の制約を伴なうクラーク型酸素電極を小型
化するための一つの提案が行われており(信学技報第8
2巻第297号第145〜150頁、1982)、この
提案によれば、第1図に示される如き断面を有するクラ
ーク型酸素電極が、第2図(a)〜(1)に示されるよ
うな工程を経て製造される下部S1ウエハを用いて組立
てられる。
(工程a)下部S1ウエハlの熱酸化により、その上下
両面に厚さ1.311m (D 5in2屑2゜2′を
形成させる (工程b)上面8102層の窓開けを行なう(工程C)
10%KO)Iを用い、80℃で81異方性エツチング
を行ない、内部電解液を蓄 える溝部分を形成させる (工程d)Si異方性エツチングされたものの窓開けを
行なう (工程e)再び10%KO!(,80℃の条件下で81
異方性エツチングを行y;(い、アノードのAgメッキ
層の厚さく約50μpn)の分だけ予めs1ウェハを堀
り下げ、酸 素透過膜とAuカソードの間隙を狭く 保ち、それにより応答速度を速くする ようにする (工程f)再度S1異方性エツチングされたものについ
て熱酸化を行ない、エツチング 面に厚さ0.6μmの5102層3を形成させる (工程g)図示された位置に、真空蒸着法により0r−
Auカソード4およびOr=Ag了ノード5を形成させ
る (工程h)所望の寸法にカットする (工程土)アノードにAgメツキロを施ず(工程j)同
様に、上部S1ウエハ7について、−辺の長さが約40
0μmの正方形の孔8を81異方形エツチングにより設
け、全面的にSiO□層9を形成させる(第1図参照) (工程k)このように加工された下部ウェハー1と上部
ウェハー7とを、テフロン膜な どの酸素透過膜10を介して積み重ね、この換の下の部
分にIM KOH水溶液のような内部電解液11を蓄え
ると共に、その周囲をエポキシ樹脂などでシール 12する(第1図参照) このようにして組立てられる酸素電極には、次のような
難点がみられる。
(1)Auカソードの電極面積が酸素透過膜面積と比較
して小さいこと (2) Auカソードと酸素透過膜との間の間隔を狭く
するために、下部S1ウエハ基板に対し5114方性エ
ツチング全2回行わなければならないこと(3)前記工
程fにより凹凸面が形成された下部S1ウエハ基板に対
し、電極として互いに累なる2種類の金属パターンを形
成させなければならないこと この場合、金属パターンを形成させるための真空蒸着は
、基板の蒸着不要部分を金属板などで依って蒸着全行t
Cうマスク法が有効であるが、この方法ではマスキング
が凹凸面の形状によって類推であるばかりで番まなく、
蒸着膜の密着性もよくないという問題がある。
密着性のよい方法としては、スパッタリング法があるが
、この方法は蒸着物質のまわり込みが著しく、従って上
記のようなマスク法は使用できず、蒸着膜をフォトエツ
チングでパターニングする必要がある。しかるに、この
方法では、同一基板上に異なる2種の金属パターンを形
成させるためには、フォトエツチング工程を著しく増や
さなければならず、換言すれば工程数を少なくして密着
性のよい電極を形成させることは困難であるといえる。
こうした問題は、根本的には同一基板上にアノードおよ
びカソードの両電極を形成させなければならないことに
原因すると考えることができる。
そこで、本発明者らは、それぞれ異なる基板上に7ノー
ド電極およびカソードTtL極金形成させることを検討
した結果、効率的に目的とする酸素電極が得られること
を見出した。
従って、本発明は酸素電極に係り、この酸素電極は、S
i異方性エツチングにより81基板上に溝を形成し、そ
こに内部電解液金蓄え、更にこれを酸素透過膜て楓って
7;(るクラーク型@素電極において、アノード電極を
81基板側または酸素透過膜の電解液側に、またこれに
対応してカソード電極全酸素透過膜の電解液側または8
1基板側にそれぞれ形成せしめてなる。
図面の第3図−1本発明に係るクラーク型酸素電極の一
態様r示す断面図であり、それは第4図(a)〜(f)
に示されるような工程企経て製造される下部S1ウエハ
を用いて組立てられる。
(工程a)下部S1ウエハ1の熱酸化により、その上下
両面に厚さ1.3μmの5in2層2.2′を形成させ
る (工程b)上面51NJの窓開けを行なう(工程C)4
4%KOHを用い、80℃で81異方性エツチングを行
ない、内部電解液を蓄 える溝部分を形成させる (工程d)再び熱酸化を行ない、エツチング面に厚さ0
.6μmのS i O2層13を形成させる(工程θ)
約100μmの深さにエツチングされた海部分に、Or
 Agアノード14’t OrおよびAgを順次スパッ
タリング(真 空度6 X 1O−5Torr )することにより形成
させる 〔スパッタ条件〕 Or: スパッタエツチング 30W−10分間スパッ
タリング 140W−20分間 厚さ 0.3〜0.6μ?IZ Ah; スパッタエツチング aow−33M4jスパ
ツタリング 80W−30分間 厚さ 1.0〜1.3μm スパッタリング後、フォトエツチング によりOr −A g被膜をアノード電極形状にバター
ニングする (工程f)所望の寸法にカットする (工程g)同様に、上部S1ウエハ7について、正方形
の孔8を81異方性エツチング により設け、全面的に8102層9を形成させる(第3
図参照) (工Hh)このように加工された下部ウェハ1と上部ウ
ェハ7とを、一方の面側にAu カソード15をスパッタリング(真空 度6 X 1O−5Torr )により形成さセたテフ
ロン膜などの酸素ゐ過膜10を介 し、Auカソード側を下向きにして積 み正ね、このAuカソードの下の部分 にIM KOH水溶液のような内部電解液11を蓄える
と共に、その周囲にエポ キシ樹脂などでシール12する 〔スパッタ条件〕 Au: スパッタエツチング 2ow−a分間スパッタ
リング 80W−30分間 厚さ 750人 なお、スパッタリングにより形成され るAuカソードの形状は、全面的また は部分的に形成させることができ、部 分的な形状の形成は、格子状、ジグザ グ状、くシ状など任意の形状にバター ニングすることにより行われ、この場 合には酸素透過膜のep/素J3過度を向上させる このようにして組立てられた本発明の酸素電極がバイオ
センサーの信号変換素子として用いられた場合、被測定
系中の酸素は酸素透過膜を透過してAuカソードに達す
る。そこで、予めアノード−カソード間に適当な′屯田
(〜−0.7V)を印加しておくと、カソードに達した
酸素分子は次式のように還元され、電極糸の゛rfi流
値が変化づ−る。このときの電流値の変化社は、被測定
糸中の酸素濃度に比例するため、こiLにより酸素濃度
の測定を行なうことができる。
0+2HO+4θ−一→40H一 本発明に係るクラーク型酸素@極は、小型化されており
、なお次のような特徴を有する。
(])酸素透過膜側にカソードを形成させているので、
酸素透過膜とカソードとの間の間隔を狭くするためのS
i異方性エツチング工程が不要となり、s1%方性エツ
チングは一回だけでよい(2)電極形成時、下部S1ウ
ニ八基板にはアノードのみを形成すればよく、このため
電極面形成のための蒸着法としてスパッタリングを用い
ることカ可能であり、フォトエツチングによるg極部分
のバターニングも一回でよい (3)酸素透過膜の電解液側全面にカソードを形成させ
ることが可能なので、酸素透過膜面積に対するカソード
面位の割合を最大とすることができ、゛また酸素透過膜
に直接カソードが形成されているので、信号変換素子と
しての応答速度が大きい(4)逆に、下部S1ウエハ基
板側にカソードを、また酸素凸過膜の電解液側にアノー
ドを形成させることもできる 上記のようにして製作された酸素電極を用い、センサー
窓付近の温I!124℃で−0,4Vの電圧をそこに印
加しながら、空気中でノズルから窒素ガスと酸素ガスと
を交互に吹き付け、そのときの電流値の変化番電圧値の
変化として測定したところ、第5図のグラフに示される
如く、最大出力340 mVの値から電流値として68
0 nAの信号変化(N2→02)が得られ、また立上
り応答速度(N2→02)は、95%応答詩間が約4〜
5秒間であることがグラフから読みとれfr−。
【図面の簡単な説明】
第1rAは、公知技術におけるクラーク型酸素電極の断
面図であり、第2図はそれの組立てに用いられる下部S
1ウエハの製造工程を示している。 第3図は、本発明に係るクラーク型酸素電極の一態様の
断面図であり、第4図はそれの組立てに用いられる下部
S1ウエハの製造工程を示している。 また、第5図は、本発明クラーク型酸素電極の信号検a
+′fc経時的な電圧値の変化として示したグラフであ
る。 (符号の説明) 1・・・・・・・・・・・・・・・下部S1ウエハ2.
3・・・…51o2I曽 4・・・・・・・・・・・・・・・カソード電極5・・
・・・・・・・・・・・・・アノード電極6・・・・・
・・・・・・・・・・メッキ9・…聞用曲5in2層 10・・・・・・・・・・・・・・・酸素透過膜11・
・・・・・・・・・・・・・・内部電解液13・・・・
・曲・曲・5in2J皆 14・・・・・・・・・・・・・・・アノード電極15
・川・・・・・・・・・・・カッ−ド電極代理人 弁理士 吉 1)俊 夫 第1図 (b) ==:::コ (e)■二yXゴy (h) Cコ0:コ (1)ごyfり 第3図 第4図 (e) l:mシe (f) I:シピコ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、F3j−異方性エツチングにより81基板上に溝を
    形成し、そこに内部電解液f:蓄え、更にこれを酸素透
    過膜で覆ってなるクラーク型酸素電極において、アノー
    ド電極をSi基板側または酸素透過膜の電解液側に、ま
    たこれに対応してカソード電極を酸素透過膜の電解液側
    またはSi基板側にそれぞれ形成せしめた酸素電極。 2、アノード電極およびカソード電極をそれぞれスパッ
    タリングにより形成させた特許請求の範囲第1項記載の
    酸素電極。
JP59002464A 1984-01-10 1984-01-10 酸素電極 Pending JPS60146145A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63238548A (ja) * 1987-03-27 1988-10-04 Masao Karube 酸素電極
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