跨尺度的金属微纳电极阵列制造技术

跨尺度的金属微纳电极阵列涉及电极阵列领域，解决现有技术中缺少变化线宽电极阵列的问题。该电极阵列，从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽；距离所述阵列中心相同距离处的电极线宽之间相差不超过50nm。本实用新型专利技术通过电极线宽从阵列中心到阵列边缘电极线宽逐渐变宽，兼顾信号精度和信号强度两方面，在线宽较细的位置高精度收集电信号，在线宽较宽的位置低电阻导出电信号。该电极阵列的应用过程中不需要引信号线，利用单探针或双探针系统进行信号读取。在生物电极领域具有重要应用。

Cross scale metal microelectrode array

The cross scale metal micro nano electrode array involves the field of electrode array, and solves the problem of lack of variable width electrode array in the existing technology. The electrode array widens gradually from the center of the array to the edge of the array, and the difference between the width of the electrode line at the same distance from the center of the array is not more than 50nm. The utility model broadens the line width from the center of the electrode to the line width of the edge of the array, and takes into account the two aspects of the signal precision and the signal intensity. The application of the electrode array does not require fuze line, and the signal is read by single probe or double probe system. It has an important application in the field of biological electrode.

【技术实现步骤摘要】
跨尺度的金属微纳电极阵列
本技术涉及电极阵列领域，特别涉及跨尺度的金属微纳电极阵列。
技术介绍
线性电极阵列(Michigan电极阵列)的规格很多，记录点接触面积有上百至上千平方微米的规格，同一根记录杆上记录点数目有4～16个(单列)、甚至64个(多列)，记录点之间的间距有25～200um；同一个电极上记录杆数目有1～8根，记录杆之间的间距有125～500um。随着纳米技术的发展，近年来发展出了新的纳米电极阵列。电极尺度可以做到更小，更加密集。纳米电极阵列作为一种人工组装的纳米结构体系，具有高传输速率、低双电层充电电流、小时间常数、小IR降、高信噪比、可操作性强和测量灵敏度高等优势，因而在电化学理论研究、生物传感器、电催化材料和高能化学电源电极材料等方面具有广阔的应用前景。电极线宽较细的电极阵列能够收集电信号的精度高，电极线宽较宽的电极阵列能够低电阻导出电信号。但现有的电极阵列均为线宽相同的电极阵列，不能兼顾信号精度和信号强度两个方面。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供了跨尺度的金属微纳电极阵列，该电极阵列兼顾了信号精度和信号强度。本技术解决技术问题所采用的技术方案如下：跨尺度的金属微纳电极阵列，从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽；距离所述阵列中心相同距离处的电极线宽之间相差不超过50nm。进一步的，所述跨尺度的金属微纳电极阵列通过在刻蚀基板上激光干涉光刻得到，所述激光均为高斯光束。更进一步的，所述激光干涉为双光波激光干涉。更进一步的，所述激光干涉的干涉条纹为直条纹。更进一步的，电极线宽的变化范围是200nm～15um。更进一步的，所述激光为晶体激光器发射的1064nm激光。更进一步的，所述刻蚀基板为镀有均匀单层金属薄膜的基板，所述基板的材料为硅、玻璃、石英或者蓝宝石，所述金属的电阻率小于130nΩ·m。更进一步的，所述基板的材料为硅，所述金属为Pt，所述金属薄膜的厚度为20nm～150nm。更进一步的，所述金属薄膜的厚度为80nm。进一步的，所述电极线宽逐渐变宽为以阵列中心为圆心沿半径方向向外与半径成正比变化。本技术的有益效果是：本技术通过电极线宽从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽，兼顾信号精度和信号强度两方面，在线宽较细的位置高精度收集电信号，在线宽较宽的位置低电阻导出电信号。该电极阵列的应用过程中不需要引信号线，利用单探针或双探针系统进行信号读取。附图说明图1为本技术跨尺度的金属微纳电极阵列的激光干涉直写系统装置图。图2为本技术跨尺度的金属微纳电极阵列的结构示意图。图3为本技术跨尺度的金属微纳电极阵列的扫描电镜照片。其中，1、晶体激光器；2、第一反射镜；3、第二反射镜；4、分束镜；5、第三反射镜；6、第四反射镜；7、第五反射镜；8、位移台。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术做进一步详细说明。取一刻蚀基板——镀有均匀单层金属薄膜的基板，基板的材料可以为硅、玻璃、石英或者蓝宝石；金属为导电性较好的金属，电阻率小于130nΩ·m(20℃)如Pt、Au、Ag、Al、Cu等；金属薄膜厚度为20nm～150nm。本实施例选用刻蚀基板为在硅基板上镀有80nm的Pt薄膜。再利用激光干涉光刻技术形成光栅状纳米电极阵列。激光干涉制造技术是利用光的干涉和衍射特性，通过特定的光束组合方式，来调控干涉场内的光强度分布，可以直接对材料表面进行加工形成光刻图形，或者利用感光材料进行记录，再进行显影曝光，化学或物理方法刻蚀，在材料表面产生光刻图形。由于激光干涉光刻技术不需要昂贵的投影光学系统，曝光场的面积仅受限于系统的通光孔径，因此它特别适合于某些需要在大面积范围内产生图形。本实施例光栅状纳米电极阵列的制造系统如图1所示，图1为激光干涉直写系统装置图，利用激光干涉光刻得到本技术的跨尺度的金属微纳电极阵列。激光器采用1064nm的晶体激光器1(纳秒脉冲，最大功率为2W)，功率选择50mJ～200mJ，输出的激光为高斯光束。该系统包括：晶体激光器1、第一反射镜2、第二反射镜3、分束镜4、第三反射镜5、第四反射镜6、第五反射镜7和位移台8。刻蚀基板位于位移台8上，晶体激光器1发射的激光依次经第一反射镜2反射、第二反射镜3反射和分束镜4分成两束，两束光分别经第三反射镜5反射和第四反射镜6反射后，均经第五反射镜7反射至位移台8上的刻蚀基板上。两高斯光束干涉，在位移台的刻蚀基板上形成直条纹状的干涉条纹(产生光刻图形)，对金属薄膜光刻烧蚀，形成光栅状纳米电极阵列，即双光波激光干涉光刻。激光干涉形成明暗相间的条状直条纹，同时由于采用的是激光为高斯光束，高斯光斑产生的中心能量强边缘能量弱的光场分布。那么两束高斯光束发生干涉光刻，光刻的结果就是会得到在基板上刻蚀的周期性纳米电极阵列，如图2所示，其中浅色部分表示金属(Pt)，深色部分表示基底(硅)。在刻蚀基板上激光照射的形状为圆形，形成的光栅状电极阵列等同于照射的干涉光束，整体的电极阵列也为圆形。周期性纳米电极阵列为从光斑中心(阵列中心)到光斑边缘(阵列边缘)电极线宽逐渐变宽，从200nm逐渐变宽至15um，其电极高度为80nm。电极高度由金属薄膜厚度决定，电极高度等于金属薄膜厚度。电极周期根据制作的设定所决定，电极周期可达到1μm～20μm。根据高斯光斑的性质，所述逐渐变化为以光斑中心为圆心，沿半径方向向外均匀变化，也就是说变化量与半径成正比，即相同半径处的电极线宽相等或存在微小的差(受到光刻技术精度的限制与干涉受到环境影响，所以光刻难以达到绝对的均匀)，距离圆心相同距离处(相同半径处)的电极线宽相差不超过50nm，电极线宽之间相差较小，则电极阵列排布均匀，性能好。上述的金属电极阵列的电极线宽具有不同的渐变的尺度，所以称之为跨尺度。图3为所得的跨尺度的金属微纳电极阵列扫描电镜照片，放置于型号det为ETD的扫描电镜下，放大倍数mag＝2500x，束斑孔径号码spot＝3.0，图像宽度HFW＝166um，工作电压HV＝1000kV，工作距离WD＝8.9mm，横线的长度作为标尺代表50um。其中浅色部分为基底硅，深色的为金属Pt。图中的右侧距离电极阵列的圆心更近，由左至右(由边缘到接近圆心的方向)，线宽逐渐变窄。具体的尺寸可根据标尺得到。本技术的电极阵列(从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽)，多光束高斯光束的激光干涉也能够形成该成一定规律渐变的电极阵列；圆环状的干涉条纹(牛顿环)得到的为圆环状电极阵列，其激光干涉的光束为高斯光束，则阵列的电极线宽也为渐变的。高斯光束激光干涉光刻所得的电极阵列的渐变规律均与干涉条纹的光强变化相同。其他刻蚀工艺所得到的规律渐变的金属微纳电极阵列均属于本技术的保护范围。激光干涉刻蚀的制造方法及系统简单可靠，有低成本优势，尺度方便控制。跨尺度的金属微纳电极阵列的造价低、成本低、价格低，且阵列面积大。本技术跨尺度的金属微纳电极阵列不需要引信号线，利用单探针或双探针系统进行信号读取。本技术跨尺度的金属微纳电极阵列可实现在线宽较细的位置高精度收集电信号，在线宽较宽的位置低电阻导出电信号，兼顾了信号精度和信号强度两方面，在生物电极领域具有重要应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽；距离所述阵列中心相同距离处的电极线宽之间相差不超过50nm。

【技术特征摘要】
1.跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，从阵列中心到阵列边缘，电极线宽逐渐变宽；距离所述阵列中心相同距离处的电极线宽之间相差不超过50nm。2.如权利要求1所述的跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，所述跨尺度的金属微纳电极阵列通过在刻蚀基板上激光干涉光刻得到，所述激光均为高斯光束。3.如权利要求2所述的跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，所述激光干涉为双光波激光干涉。4.如权利要求2或3所述的跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，所述激光干涉的干涉条纹为直条纹。5.如权利要求4所述的跨尺度的金属微纳电极阵列，其特征在于，电极线宽的变化范围是200nm～15um。6.如权利要求4所述的跨尺度的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹤峰，李理，王作斌，翁占坤，宋正勋，
申请(专利权)人：长理纳米生物技术长春有限公司，
类型：新型
国别省市：吉林,22