用于增强传感器信号和灵敏度的纳米图案化的生物传感器电极制造技术

提供了用于形成可用作生物传感器的电极结构的方法，其中电极结构具有位于电极基部的一个表面上的非随机形貌。在一些实施例中，获得的电极结构在电极结构的非随机形貌和电极结构的电极基部之间不包含界面。在其他实施例中，获得电极结构在电极结构的非随机形貌与电极结构的电极基部之间具有界面。

Nanopatterned biosensor electrodes for enhancing sensor signal and sensitivity

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强传感器信号和灵敏度的纳米图案化的生物传感器电极
技术介绍
本专利技术涉及形成电极结构的方法。更具体地，本专利技术涉及形成可用于生物传感应用的纳米图案化电极结构的方法。具有增强的信号和灵敏度的生物传感器对于为医疗和环境监测提供可靠数据是必不可少的。这些生物传感器尤其适用于与食品和供水安全以及医疗保健行业相关的领域。对于医疗保健，葡萄糖传感器占现有生物传感器市场的重要部分。铂(Pt)通常用作葡萄糖传感器中的工作电极，并且铂已经证明具有生物相容性。通常使用外部电化学传感器(所谓的“测试条”)。然而，测试条传感器的准确性和适用性存在限制。植入人体的体内葡萄糖传感器可用于连续监测血糖。然而，异物反应限制了体内生物传感器。此外，异物响应可以随时间减少传感器信号输出。尽管在生物传感器技术方面取得了进步，仍然需要提供低成本的生物传感器，其表现出增强的传感器信号和灵敏度，并且还可以减轻异物响应。
技术实现思路
提供了用于形成可用作生物传感器的电极结构的方法，其中电极结构具有位于电极基部的一个表面上的非随机形貌。在本专利技术的一些实施例中，如果在电极结构的非随机形貌和电极结构的电极基部之间没有界面，则可以在这种电极结构中获得改进的传感器信号和灵敏度。“无界面”是指非随机形貌和电极基部是整体结构(即一片)和整体组合物(即相同材料)。其他实施例包括可以在电极结构的非随机形貌与电极结构的电极基部之间具有界面的电极结构。在本专利技术的一个实施例中，提供了一种形成电极结构的方法，其包括提供具有包括电极基部形状和纳米形貌形状的图案的模具。然后形成金属种子层和导电含金属的材料，以提供包含导电含金属材料并具有由模具的影响产生的电极基部形状和纳米形貌形状的电极结构。然后从电极结构中去除模具，然后将生物功能化材料附着到电极结构中。在本专利技术的另一个实施例中，提供了一种形成电极结构的方法，其包括在衬底上提供具有电极基部形状的电极基部。接下来，围绕电极基部形成图案化材料层，其中图案化材料层包含用于限定电极结构的纳米形貌形状的开口。然后在电极基部的暴露表面上和图案化材料层的开口内形成金属种子层，然后在金属种子层上和图案化材料层的开口内电镀导电含金属材料以提供包括具有电极基部形状的电极基部和具有纳米形貌形状的导电含金属材料的电极结构。接下来，去除图案化的材料层，然后，将生物功能化材料附着到电极结构。在本专利技术的又一个实施例中，提供了一种形成电极结构的方法，其包括在衬底上提供电极基部材料。接下来，围绕电极基部材料形成图案化的材料层，其中图案化的材料层包含开口。然后利用图案化的材料层作为抗蚀刻掩模蚀刻电极基部材料暴露表面，以提供包括电极基部材料的剩余部分并具有电极基部形状和纳米形貌形状的电极结构，电极基部材料的剩余部分和纳米形貌之间不存在界面。然后去除图案化的材料层，之后将生物功能化材料附着到电极结构上。附图说明图1是根据本专利技术实施例的示例性结构的剖视图，该示例性结构包括被图案化的第一掩模层以具有用于限定电极基部形状并位于衬底表面上的开口。图2是在将电极基部形状转移到衬底中以提供具有电极基部形状的图案化衬底并从所得结构去除第一掩模层之后的图1的示例性结构的横截面图。图3是在形成图案化的第二掩模层以具有在图案化的衬底上共同限定纳米形貌形状的多个开口之后的图2的示例性结构的横截面图。图4是在将纳米形貌形状转移到图案化衬底中以提供包含电极基部形状和纳米形貌形状并去除第二掩模层的模具之后的图3的示例性结构的横截面图。图5是在模具的暴露表面上形成金属种子层之后的图4的示例性结构的横截面视图。图6是在电镀导电含金属的材料以提供包含导电含金属的材料并具有电极基部形状和模具的纳米形貌形状的电极结构之后的图5的示例性结构的横截面图。图7是在去除可能位于模具的电极基部形状上方的多余的导电含金属的材料之后的图6的示例性结构的横截面图。图8是在从电极结构去除模具之后的图7的示例性结构的剖视图。图9是根据本专利技术实施例的电极结构的三维表示。图10是在将生物分子附着到电极结构的表面之后的图8的示例性结构的横截面视图，其也被称为功能化过程。图11是根据本专利技术的另一个实施例包括可以使用的衬底和电极基部的示例性结构的横截面图。图12是在沉积介电层之后图11的示例性结构的横截面图。图13是在介电层中形成纳米图案阵列之后的图12的示例性结构的横截面图。图14是在电极基部的暴露表面上形成金属种子层之后的图13的示例性结构的横截面图。图15是在金属种子层上电镀导电含金属材料之后的图14的示例性结构的横截面图。图16是在去除可能位于图案化的电介质层上方的多余的导电含金属的材料之后的图15的示例性结构的横截面图。图17是在去除图案化的电介质层之后的图16的示例性结构的截面图。图18是在沉积光致抗蚀剂层之后图11的示例性结构的横截面图。图19是在光致抗蚀剂层中形成纳米图案阵列之后的图18的示例性结构的横截面图。图20是在电极基部的暴露表面上形成金属种子层之后的图19的示例性结构的横截面图。图21是在电镀导电含金属的材料之后的图20的示例性结构的横截面图。图22是在执行光致抗蚀剂剥离工艺之后图21的示例性结构的横截面图。图23是在利用图案化光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模蚀刻电极基部的暴露部分之后的图19的示例性结构的横截面图。图24是在去除图案化的光致抗蚀剂层之后图23的示例性结构的横截面图。具体实施方式现在将通过参考以下讨论和附图更详细地描述本专利技术的实施例。应注意，所附附图仅出于说明性目的而提供，因此，附图未按比例绘制。还应注意，相同和相应的元件由相同的附图标记表示。在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如特定结构、组件、材料、尺寸、处理步骤和技术，以便提供对本专利技术各种实施例的理解。然而，本领域普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本专利技术的各种实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的结构或处理步骤，以避免模糊本专利技术。如上所述，提供了用于形成可用作生物传感器的电极结构的方法，其中电极结构具有位于电极基部的一个表面上的非随机形貌。在本专利技术的一些实施例中，如果在电极结构的非随机形貌和电极结构的电极基部之间没有界面，则可以在这种电极结构中获得改进的传感器信号和灵敏度。“无界面”是指非随机形貌和电极基部是整体结构(即一片)和整体组合物(即相同材料)。本专利技术的其他实施例包括电极结构，该电极结构可以在电极结构的非随机形貌和电极结构的电极基部之间具有界面。首先参见图1-10，示出了本专利技术的一个实施例，其中公开了一种形成电极结构的方法，其中在电极结构的非随机形貌和电极结构的电极基部之间没有形成界面。首先参照图1，示出了根据本专利技术实施例的包括第一掩模层12P的示例性结构，该第一掩模层12P被图案化以具有用于限定电极基部形状并位于衬底10的表面上的开口14。开口14具有用于限定随后形成的所得电极结构的电极基部的形状。开口14的形状还可以包括用于电极结构的任何相应的布线。在本专利技术的一个实施例中，第一掩模层12P可以由诸如光致抗蚀剂的光敏材料构成。在本专利技术的另一个实施例中，第一掩模层12P可以由介电膜构成，以下称为硬掩模，其已经使用光刻法或本领域技术人员已知的其他方法形成图案。可以在本申请中使用的衬底10包括可以如本文所述容易本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成电极结构的方法，所述方法包括：提供具有包括电极基部形状和纳米形貌形状的图案的模具；在具有所述电极基部形状和所述纳米形貌形状的所述模具的暴露表面上形成金属种子层；在所述金属种子层上和所述模具内电沉积导电含金属的材料，以提供包含所述导电含金属材料并具有所述电极基部形状和所述纳米形貌形状的电极结构；从所述电极结构中去除所述模具；以及将生物功能化材料附着到所述电极结构上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.30 US 15/419,5241.一种形成电极结构的方法，所述方法包括：提供具有包括电极基部形状和纳米形貌形状的图案的模具；在具有所述电极基部形状和所述纳米形貌形状的所述模具的暴露表面上形成金属种子层；在所述金属种子层上和所述模具内电沉积导电含金属的材料，以提供包含所述导电含金属材料并具有所述电极基部形状和所述纳米形貌形状的电极结构；从所述电极结构中去除所述模具；以及将生物功能化材料附着到所述电极结构上。2.如权利要求1所述的方法，其中所述提供所述模具包括：首先图案化衬底以在所述衬底中提供所述电极基部形状；以及第二次图案化包含所述电极基部形状的所述衬底，以将所述纳米形貌形状提供到所述衬底中。3.如权利要求1所述的方法，还包括：去除在所述模具顶上形成的多余的导电含金属的材料。4.如权利要求1所述的方法，其中所述去除所述模具包括使所述模具与化学湿蚀刻剂接触。5.一种形成电极结构的方法，所述方法包括：在衬底上提供具有电极基部形状的电极基部；形成围绕所述电极基部的图案化材料层，其中所述图案化材料层包含限定所述电极结构的纳米形貌形状的开口；在所述电极基部的暴露表面上和所述开口内形成金属种子层；在所述金属种子层上和所述开口内电镀导电含金属的材料，以提供包括具有所述电极基部形状的所述电极基部和具有所述纳米形貌形状的所述导电含金属材料的所述电极结构；去除所述图案化的材料层；以及将生物...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·金瑟，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US