电化学传感器制造技术

技术编号:20828106 阅读:73 留言:0更新日期:2019-04-10 08:51
本实用新型专利技术涉及电化学传感器。本实用新型专利技术的一个目的是提供电化学传感器。该电化学传感器限定用于与至少第一和第二电极电连通的电解质的区域,所述电化学传感器包括基底和附接帽,所述附接帽至少部分地被构造成为包括所述电解质的区域提供密封;其中所述基底是可使用集成电路制造技术加工的第一晶片;其中所述附接帽包括第二晶片。一个实施例已经解决了技术问题中的至少一个并且实现了本实用新型专利技术的相应的有利效果。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学传感器
本公开涉及电化学传感器的形成。
技术介绍
电化学传感器可以包括与电解质接触的三种电极。这些电极通常被识别为工作电极、对电极和参考电极。一般而言,在这种传感器中,参考电极相对于对电极保持恒定的电位,并且与电解质相互作用的物质的存在可以作为还原/氧化的结果引起工作电极和对电极之间的电流流动(REDOX)反应在工作电极。其他电化学传感器可能只有工作电极和对电极,并且在这些传感器中可以测量这些电极之间的电位差、电流或电阻。一般来说,这样的电化学传感器可以一个一个地制造,或者使用相当多变的技术制造。结果,传感器倾向于彼此不同。在一些使用领域中,如一氧化碳传感器,这不是一个问题,因为相关电子设备发出警报的触发阈值设置得如此之高,以至于毫无疑问一氧化碳的不安全水平已达到。但是,对于需要更高精度和/或分辨率的情况,传感器可能必须在使用前进行校准。这通常是昂贵的和/或耗时的。
技术实现思路
本技术的一个目的是提供电化学传感器。根据本公开的第一方面,提供了一种形成电化学传感器的方法。该方法可以包括使用光刻和蚀刻技术来处理基底以形成具有封闭电解质的电化学传感器。封闭的电解质与至少第一和第二电极电连通。集成电路制造技术的使用可以使得许多传感器能够在单个批次中制造,并且实际上分布在单个基底上,由此改进了这种传感器的可制造性,因为可以一次制造更多且更节约成本的传感器,同时还改进了从一个传感器到下一个传感器的匹配,从而不需要校准每个传感器。此外,同一晶片上的传感器之间的可靠和可重复的匹配允许采用改进的测量技术。因此,一些传感器可以密封在参考环境中,例如通过与已知浓度、压力或分压的已知气体接触,并且可以用作一个或多个其他传感器的参考。传感器还可以以桥或差分对配置提供,可能具有不同的操作电位、气体流路径长度、扩散路径或扩散膜,以使得能够对分析物浓度的变化具有更高的灵敏度和/或提供抵抗拒绝来自其他流体或化学品的信号。根据本技术的一个方面,提供有电化学传感器,该电化学传感器限定用于与至少第一和第二电极电连通的电解质的区域,所述电化学传感器包括基底和附接帽,所述附接帽至少部分地被构造成为包括所述电解质的区域提供密封;其中所述基底是可使用集成电路制造技术加工的第一晶片;其中所述附接帽包括第二晶片。优选地,所述帽包括限定所述第二晶片中的空腔的特征,所述特征与电解质区域对齐。优选地,所述基底限定至少部分地填充有电解质的储存器。优选地,所述储存器的内表面涂覆有限定电极的材料。优选地,所述的电化学传感器包括在所述第一晶片的第一侧上限定工作电极的材料层,所述工作电极包括暴露于所述储存器的部分。优选地,所述工作电极是多孔的。优选地,工作电极形成在所述基底的第一表面上,并且对电极和参考电极中的至少一个形成在所述基底的主体中并且与保持电解质的储存器接触。优选地,工作电极和对电极位于传感器基底和帽之间的插入件上。优选地,所述电化学传感器是多个传感器中的一个,并且其中多个传感器中的至少一个传感器包括通向电解质区域的开口,所述电解质区域被闭合件密封,该闭合件被配置为响应于电信号而打开。优选地,所述闭合件包括导电薄膜。一个实施例已经解决了技术问题中的至少一个并且实现了本技术的相应的有利效果。附图说明参照附图,通过非限制性示例的方式将讨论本公开的教导,其中:图1是根据该非闭合件的教导的电化学传感器的实施例的横截面;图2示意性地示出了图1所示的传感器的制造过程的初始阶段的晶片;图3示出了形成介电层之后的晶片;图4示出了在完成的器件中形成参考电极的金属层形成之后的晶片;图5示出了沉积更多介电材料之后的晶片;图6示出了形成第一和第二通孔之后的晶片;图7示出了在过孔上形成接合焊盘并且与另一导体接触工作电极之后的图6的晶片;图8显示了工作电极沉积后的晶片;图9显示在选择性背面蚀刻完成后形成储存器的晶片;图10显示了形成对电极的金属沉积后的晶片;图11示出了离子束蚀刻以去除介电层中的金属之后的晶片;图12显示了蚀刻电介质以将工作电极的下侧暴露于储存器之后的晶片;图13显示了沉积气体扩散层后的晶片;图14显示了具有较大储存器的图1所示装置的变体;图15是构成该非闭合件的第二实施例的传感器的横截面;图16是作为图15的传感器的变型的传感器的第三实施例的横截面;图17更详细地显示了插入件;图18以平面图示出了插入件;图19至22更详细地示出了另一实施例的形成;图23是构成该非闭合件的第四实施例的传感器的横截面;图24是构成该非闭合件的第五实施例的传感器的横截面;图25示出了在制造过程开始时形成图24所示的传感器的晶片;图26示出了在其表面形成图案化电极之后的晶片;图27示出了通过留在图案化电极中的间隙蚀刻后的晶片;图28显示了在SF6蚀刻后在电极下方形成一个或多个空隙的晶片;图29显示了电解质已经印刷或以其他方式沉积到电极上之后的晶片;图30显示了经过帽处理后的晶片;图31显示了完成的传感器中的气体流路;图32是根据该非闭合件的第六实施例的传感器的横截面;图33示出了在基底中形成储存器的几个处理步骤之后的晶片,其中参考计数器和工作电极与储存器接触;图34显示了在电解质已经被引入储存器之后的图33的晶片;图35显示储存器经过帽处理后的晶片;图36示出了图32中所示的布置的变型;图37示出了传感器的另一个实施例。具体实施方式图1以截面图示意性地示出了构成该非闭合件的一个实施例的电化学传感器。总体标记为10的传感器包括基底20,基底20已经被处理以在其中形成多个储存器22,每个储存器22都包含电解质24。每个储存器中的电解质24与三个电极连接,形成与相应端子电连接的工作电极30、参考电极32和对电极34。在图1所示的实施例中,基底20由掺杂硅或一些其他导电材料形成,使得基底的主体也可以形成对电极34的一部分。每个储存器22的内部具有显着其部分衬有导体40,导体40与电解质24形成电极界面。可以看出,如果基底20没有充分导电,则可以对导电材料40制造额外的轨道以便形成功能性对电极。参考电极可以形成为与参考电极端子32接触的穿孔导电层50,并且通过合适的介电材料52与对电极40和工作电极30隔离。对电极40连接到通过通孔35和导电基底20与电极端子34连接。工作电极30在该实例中是多孔的(或至少透气的),形成在储存器22的顶部上方,该装置如图1所示定向,并且电连接到工作电极端子36。可以将气体可渗透膜70沉积在工作电极30的表面上。最后,如果需要,可以将帽80放置在工作电极。帽可以具有一个或多个孔,例如形成在其侧壁之一中的槽82的形式,以控制诸如气体的流体扩散到工作电极周围的区域中。正如将要讨论的那样,图1中形成的布置可以使用半导体集成电路制造技术来创建,例如光刻和蚀刻技术。如此,可以在晶片上形成数百或数千个基本相同的传感器。晶片上的每个传感器都经历相同的处理步骤,因此从一个传感器到另一个传感器的变化是最小的。这种传感器的大规模生产至少有两个好处。首先,通过采用半导体行业的技术,每个传感器的单位成本可以降低很多。这使得传感器可以被包含在迄今为止不被使用的应用中。例如,在有环境气体的“物联网”传感器中存在多种设备(例如一氧化碳)的情况下,可能包括这些设备作为通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电化学传感器,限定用于与至少第一电极和第二电极电连通的电解质的区域,所述电化学传感器包括基底和附接帽,所述附接帽至少部分地被构造成为包括所述电解质的区域提供密封;其中所述基底是能够使用集成电路制造技术加工的第一晶片;其中所述附接帽包括第二晶片;其中所述电化学传感器包括在所述第一晶片的第一侧上限定工作电极的材料层,并且所述工作电极是多孔的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.09 US 14/879,7381.一种电化学传感器,限定用于与至少第一电极和第二电极电连通的电解质的区域,所述电化学传感器包括基底和附接帽,所述附接帽至少部分地被构造成为包括所述电解质的区域提供密封;其中所述基底是能够使用集成电路制造技术加工的第一晶片;其中所述附接帽包括第二晶片;其中所述电化学传感器包括在所述第一晶片的第一侧上限定工作电极的材料层,并且所述工作电极是多孔的。2.根据权利要求1所述的电化学传感器,其中所述帽包括限定所述第二晶片中的空腔的特征,所述特征与电解质区域对齐。3.根据权利要求1所述的电化学传感器,其中所述基底限定至少部分地填充有电解质的储存器。4.根据权利要求3所述的电化学传...

【专利技术属性】
技术研发人员:P·M·迈克古尼斯S·P·威斯顿W·A·拉尼T·G·奥德怀尔J·J·欧唐纳B·斯滕森S·吉尔里H·伯尼R·J·施佩尔
申请(专利权)人:亚德诺半导体集团
类型:新型
国别省市:百慕大群岛,BM

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