單硅片上集成制造四種電化學(xué)敏感電極的MEMS芯片及制造方法

單硅片上集成制造四種電化學(xué)敏感電極的MEMS芯片及制造方法背景介紹MEMS（Micro-Electro-MechanicalSystems）是一種基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制造的微觀器件或系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是將電子、機(jī)械和光學(xué)等多種物理特性集成在一個(gè)硅片上，形成一種新型集成電路芯片。電化學(xué)傳感器是MEMS芯片應(yīng)用的一種重要形式，該傳感器以電化學(xué)特性為基礎(chǔ)，通過測量和分析電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的物理量或電信號來實(shí)現(xiàn)環(huán)境分析和監(jiān)測等功能。在MEMS芯片的制造和應(yīng)用過程中，電化學(xué)傳感器的電極是非常關(guān)鍵的一部分?，F(xiàn)代MEMS芯片制造技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以在單硅片上集成制造多種電化學(xué)敏感電極的程度，這些電極的種類和性能各有差異，可以滿足不同領(lǐng)域和應(yīng)用的需求。本文將介紹一種單硅片上集成制造四種電化學(xué)敏感電極的MEMS芯片及制造方法，旨在為相關(guān)技術(shù)研究者和生產(chǎn)制造企業(yè)提供參考和借鑒。MEMS芯片制造方法本文所描述的MEMS芯片制造方法采用基于硅片的微加工技術(shù)，具體包括以下步驟：硅片清洗：將硅片放入噴灑超純水的清洗池中，去除表面的雜質(zhì)和塵埃；硅片氧化：將清洗干凈的硅片放入高溫爐中進(jìn)行氧化處理，形成一層均勻的氧化層；光刻：將光刻膠涂覆在氧化層上，通過紫外線光刻曝光和顯影等步驟，形成芯片的圖案和結(jié)構(gòu)；硅片腐蝕：將芯片浸入腐蝕液中，按照所需尺寸和形狀進(jìn)行邊緣刻蝕和平面刻蝕等處理；金屬沉積：將金屬薄膜沉積在芯片表面，形成電極和引出線等結(jié)構(gòu)；漆包剝離：將芯片放入漆包剝離液中，去除光刻膠和金屬薄膜等未固化或多余的物質(zhì)。經(jīng)過以上步驟，MEMS芯片的制造過程基本完成。下面將介紹四種電化學(xué)敏感電極的具體制造方法。電極一：微電極陣列微電極陣列是一種基于奈米尺度制造技術(shù)構(gòu)建、用于接口和微芯片中的多通道電生理信號記錄與刺激電極的電子裝置。其制造方法如下：在經(jīng)過上述MEMS芯片制造過程中，將氧化層表面的一小塊區(qū)域完全去除；將透明導(dǎo)電氧化物沉積在芯片表面形成微電極，如IndiumTinOxide（ITO）等材料；利用光刻和電子束曝光技術(shù)，將ITO表面進(jìn)行圖案化和電極間隔分離，形成微電極陣列。該微電極陣列可以應(yīng)用于腦機(jī)接口、生物信號分析和醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域。電極二：電化學(xué)氧化鎂陰極電化學(xué)氧化鎂陰極是一種采用電化學(xué)技術(shù)將氧化鎂薄膜沉積在芯片表面的電極。其制造方法如下：在經(jīng)過上述MEMS芯片制造過程中，將氧化層表面的一小塊區(qū)域完全去除；將金屬鎂沉積在去除區(qū)域上，形成鎂電極；將芯片浸入電解液中，在一定的電位和電流密度下進(jìn)行氧化反應(yīng)，將表面形成一層氧化鎂膜。該電極可以應(yīng)用于電除垢、電池負(fù)極和氧化應(yīng)激等領(lǐng)域。電極三：石墨烯基電化學(xué)傳感器石墨烯是一種新型的碳材料，具有很高的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)傳感器中。其制造方法如下：在經(jīng)過上述MEMS芯片制造過程中，在氧化層表面形成石墨烯層；利用化學(xué)氣相沉積技術(shù)將點(diǎn)綴在氧化層上的金屬粒子與石墨烯形成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)；通過陽極電化學(xué)沉積等工藝，將電極表面形成一層敏感材料。該電極可以應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測、生物傳感器和化學(xué)傳感器等領(lǐng)域。電極四：納米金粒子修飾電極納米金粒子修飾電極是一種通過利用納米顆粒表面的自組裝自修飾性質(zhì)，將金納米粒子固定在傳感器表面的電極。其制造方法如下：在經(jīng)過上述MEMS芯片制造過程中，在氧化層表面形成電極；將硫化劑或者相應(yīng)表面活性物質(zhì)覆蓋在電極表面上，使該表面具有很高的親疏水性；在電極表面小范圍加熱或置于亞乙酸酸液中，使表面的親疏水性不均勻分布，導(dǎo)致納米金粒子在表面水平移動并自我組裝。該電極可以應(yīng)用于糖尿病檢測、電化學(xué)生物分析等領(lǐng)域。結(jié)論通過基于硅片的微加工技術(shù)，本文介紹了單硅片上集成制造四種電化學(xué)敏感電極的MEMS芯片及制造方法。這四種電極在應(yīng)用方面有著不同的優(yōu)勢和特點(diǎn)，可以滿足不同領(lǐng)域和應(yīng)用的需求。目前MEMS芯片制造技術(shù)