Summary
Эта статья призвана представить метод формирования гладких и хорошо контролируемых пленок хлорида серебра (AgCl) с обозначенным покрытием поверх тонкопленочных серебряных электродов.
Abstract
Эта статья призвана представить протокол для формирования гладких и хорошо контролируемых пленок хлорида серебра/серебра (Ag/AgCl) с обозначенным покрытием поверх тонкопленочных серебряных электродов. Тонкие пленочных серебряных электродов размером 80 мкм х 80 мкм и 160 мкм х 160 мкм были распылены на кварцевых пластинах с хромом /золото (Cr/Au) слой для слипания. После пассивации, полировки и катодных процессов очистки, электроды прошли гальваностатического окисления с учетом закона Фарадея электролиза, чтобы сформировать гладкие слои AgCl с определенной степенью покрытия на вершине серебряного электрода. Этот протокол подтверждается инспекцией сканирующих электронных микроскопов (SEM) изображений поверхности изготовленных тонкопленочных электродов Ag/AgCl, что подчеркивает функциональность и производительность протокола. Для сравнения также изготавливаются субоптимально изготовленные электроды. Этот протокол может быть широко использован для изготовления электродов Ag/AgCl с особыми требованиями к препятствованию (например, зондирующие электроды для применения зондирования, такие как цитометрия цитометрии потока и межгитимные электродные массивы).
Introduction
Электрод Ag/AgCl является одним из наиболее часто используемых электродов в области электрохимии. Он наиболее часто используется в качестве эталонного электрода в электрохимических системах из-за его простоты изготовления, нетоксичного свойства и стабильного электродного потенциала1,,2,,3,,4,,5,,6.
Исследователи попытались понять механизм электродов Ag/AgCl. Слой соли хлорида на электроде был признан фундаментальным материалом в характерной реакции редокса электрода Ag/AgCl в хлориде, содержащем электролит. Для пути окисления, серебро на несовершенстве сайтов на поверхности электрода сочетается с ионами хлорида в растворе для формирования растворимых комплексов AgCl, в которых они диффундируются по краям AgCl, отложенные на поверхности электрода для осадков в виде AgCl. Путь сокращения включает в себя образование растворимых комплексов AgCl с использованием AgCl на электроде. Комплексы рассеиваются на поверхности серебра и возвращаются к элементарному серебру7,,8.
Морфология слоя AgCl является ключевым влиянием на физическое свойство электродов Ag/AgCl. Различные работы показали, что большая площадь поверхности является ключом к форме ссылки Ag/AgCl электродов с высоко воспроизводить и стабильные электродные потенциалы9,10,11,12. Поэтому исследователи исследовали методы создания электродов Ag/AgCl с большой площадью поверхности. Brewer et al. обнаружил, что использование постоянного напряжения вместо постоянного тока для изготовления электродов Ag/AgCl приведет к высокой пористой структуре AgCl, увеличивая площадь поверхности слоя AgCl11. Safari et al. воспользовался эффектом ограничения массового транспорта во время формирования AgCl на поверхности серебряных электродов, чтобы сформировать нанолисты AgCl поверх них, значительно увеличив площадь поверхности слоя AgCl на12.
Существует растущая тенденция к разработке AgCl электрод для зондирования приложений. Низкий контакт impedance имеет решающее значение для зондирования электродов. Таким образом, важно понять, как поверхностное покрытие AgCl повлияет на его недвижимое свойство. Наши предыдущие исследования показали, что степень покрытия AgCl на серебряном электроде оказывает ключевое влияние на характерную характеристику электрода/электролита13. Однако, чтобы правильно оценить контактную направленность тонкопленочных электродов Ag/AgCl, сформированный слой AgCl должен быть гладким и иметь хорошо контролируемый охват. Поэтому необходим метод формирования гладких слоев AgCl с обозначенными степенями покрытия AgCl. Были проведены работы по частичному удовлетворению этой потребности. Brewer et al. и Pargar et al. обсудили, что гладкая AgCl может быть достигнута с помощью нежного постоянного тока, изготовляя слой AgCl поверх серебряного электрода11,14. Katan et al. сформировали единый слой AgCl на их образцах серебра и наблюдали размер отдельных частиц AgCl8. Их исследования показали, что толщина одного слоя AgCl составляет около 350 нм. Целью этой работы является разработка протокола для формирования тонких и хорошо контролируемых пленок AgCl с прогнозируемыми свойствами на неправомерных приборов поверх серебряных электродов.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Изготовление слоя сцепления Cr/Au с помощью старта
- Spincoat HPR504 положительный фотореалист толщиной 1,2 мкм на кварцевую с использованием скорости распространения 1000 об/мин на 5 с и скорость вращения 4000 об/мин на 30 с.
- Софтbake фотореалист на кварцевой пластине при 110 градусов по Цельсию в течение 5 минут на горячей тарелке.
- Используя маску выравнивания, разоблачить пластины так, что места для Cr / Au осаждения подвергаются с ультрафиолетовым (УФ) света. Плотность мощности и время экспозиции составляет 16 мВт/см2 и 7,5 с соответственно (плотность энергии экспозиции 120 мДж/см2).
- Разработайте пластину, помахив ее в положительную противостоящей разработчику FHD-5 за 1 мин. Промыть с деионизированной (DI) водой после процесса разработки.
- Высушите с помощью азота (N2) пушки. Поставьте в духовку на 5 мин при температуре 120 градусов.
- Используя испарение электронного луча (электронного луча), откладываем слой 5 нм Cr, а затем слой 50 нм Au на вафельке. Коэффициенты осаждения составляют соответственно 1 х/с и 2 х/с.
- Поместите испаряемую электронного луча в контейнер. Налейте обильное количество ацетона внутри.
- Закройте контейнер с помощью крышки. Поместите контейнер с крышкой в ультразвуковой очиститель в течение 10 минут или до завершения процесса старта.
- Промыть пластины с помощью изопропанола (IPA), а затем DI воды. Высушите его с помощью N2 пушки и духовки после этого.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
2. Изготовление тонкопленочных электродов Ag на слое сцепления с помощью старта
- Spincoat АЗ P4620 положительный фоторезист толщиной 7 мкм на вафельную с использованием скорости распространения 1000 об/мин для 5 с и скорость спина 4000 об/мин на 30 с.
- Softbake фоторесист на пластине при 90 градусов по Цельсию для 450 с на горячей тарелке.
- Используя маску выравнивания, разоблачить пластины так, что места для осаждения Ag подвергаются с УФ. Плотность мощности и время экспозиции составляет 16 мВт/см2 и 45 соответственно (плотность энергии экспозиции 720 мДж/см2).
- Разработайте пластину, помахав ее в FHD-5 в течение 2 мин. Промыть с ВАИ водой DI после процесса разработки.
- Сухие пластины с помощью N2 пистолет. Поставьте в духовку на 5 мин при температуре 120 градусов.
- Распылить слой 1 мкм Аг на вафле. Скорость распыления составляет 86 нм/мин.
- Поместите распыленную в контейнер. Налейте обильное количество ацетона внутри.
- Закройте контейнер с помощью крышки. Поместите контейнер с крышкой в ультразвуковой очиститель в течение 10 минут или до завершения процесса старта.
- Промыть пластины с помощью IPA следуют DI воды. Высушите его с помощью N2 пушки и духовки после этого.
3. Пассивность для разоблачения только электродов и контактных колодок
- Пройти всю поверхность с 2 мкм диоксида кремния (SiO2) слой с помощью плазмы расширенной химического осаждения пара (PECVD).
- Пройти небольшой образец кремния манекен (фрагмент кремния пластины) вместе пластины одновременно.
- Измерьте толщину оксидного слоя манекена.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
- Spincoat АЗ 5214E двойной тон фотореалист 1,4 мкм толщиной на пластину с использованием скорости распространения 1000 об/мин для 5 с и скорость спина 3000 об/мин в течение 30 с.
- Softbake фоторезиста на пластине при 90 градусов по Цельсию в течение 150 с на горячей тарелке.
- Используя выравнивание маски, подвергайте таким образом, что места для открытия площадки подвергаются воздействию с помощью УФ. Плотность мощности и время экспозиции составляет 16 мВт/см2 и 2,25 с соответственно (плотность энергии экспозиции 36 мДж/см2).
- Разработайте, помахав ее в FHD-5 на 75 с. Промыть с ВАИ водой DI после процесса разработки.
- После непродолжительной сушки с помощью N2 пушки, дальнейшее сухое и твердое испечь пластины в духовке в течение 15 минут при температуре 120 градусов по Цельсию.
- Выполните descum фоторезиста на пластине в течение 1 мин с помощью плазменной аше, чтобы обеспечить полное удаление нежелательного фотореалиста.
- Выполните реактивный ионный офорт на вафельке и манекен образца подвергать тонкопленочных электродов и контактных колодок.
- После выполнения процесса офорта в течение короткого периода времени (например, 5-10 мин), остановить операцию и вывезти манекен образца.
- Измерьте толщину оксидного слоя поверх манекена образца. Сравните его с результатом, полученным в шаге 3.1.2.
- Рассчитайте скорость Офорта SiO2 машины, чтобы точно настроить продолжительность травика, чтобы достичь 10% оверетча.
- Продолжить процесс офорта без манекен образца.
- Сопротивление полосы травления пластины плазменной золы в течение 30 минут, а затем положительный фоторезист стриптизерша MS2001 ванны при 70 градусов по Цельсию в течение 5 минут.
- Промыть с помощью воды DI. Высушите с помощью пушки N2 и духовки.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
4. Подготовка к изготовлению тонкопленочных электродов Ag/AgCl (чип)
- Кубики вырезать пластины для получения различных чипов тестирования.
- Польский электрод поверхностей на чипы с помощью мелкой наждачной бумагой.
- Свяжите контактные колодки на чипе с внешней печатной платой для межфракциальных целей в дальнейших шагах.
- 3D-печать акриловый полый прямоугольный контейнер для хранения электролита на тонкопленочных электродах. Размеры прямоугольного контейнера должны позволить удобно поместить проволоку и пипетки внутри пустоты.
- Смешайте небольшое количество полидилсилоксана (PDMS) prepolymer и его лечебное средство тщательно. Соотношение должно быть 10:1.
ПРИМЕЧАНИЕ: Очень часто дегазация смеси PDMS для получения высококачественных устройств PDMS; однако, это не нужно в этом случае, как смесь используется только в качестве клея. - Поместите акриловый контейнер на нарезанный кубиками чип таким образом, чтобы все серебряные электроды находятся внутри полости контейнера.
- Используя зубочистку или тонкий стержень, мазок необработанную смесь PDMS на внешнем краю, где контейнер и чип касаются друг друга.
- Аккуратно поместите чип на плоскую горячую тарелку и вылечить PDMS для 2 ч при 80 градусов по Цельсию или до тех пор, пока контейнер надежно прикреплены на чип.
5. Подготовка к изготовлению тонкопленочных электродов Ag/AgCl (реагенты)
- Используя di воды и концентрированной соляной кислоты (HCl), получить 0,01 M HCl раствор.
- Используя порошок воды DI и хлорида калия (KCl), получите раствор 3,5 M KCl и раствор 0.1 M KCl.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
6. Подготовка к изготовлению тонкопленочных электродов Ag/AgCl (макро электроды)
- Вырежьте некоторые серебряные провода.
- Польский поверхность серебряных проводов с тонкой наждачной бумагой.
- Подмножее 80% серебряных проводов в бытовой отбеливатель на 1 ч.
ПРИМЕЧАНИЕ: Цвет провода изменится с серебристого на темно-фиолетовый. Это показывает образование AgCl на поверхности серебряной проволоки. - Промыть проволоку Ag/AgCl с помощью воды DI.
- Сделать Ag/AgCl эталонный электрод, используя один из проводов Ag/AgCl ссылки на Hassel и др. с модификациями15.
ПРИМЕЧАНИЕ: Модификации используют пипетки вместо стеклянного капилляра, используя 3,5 M KCl в качестве электролита, бросая полимерный блок и позолоченный разъем и заменить его парафильмом. - Храните электроды Ag/AgCl, погружая их в раствор 3,5 M KCl. Убедитесь, что серебряная часть не соприкасаться с раствором.
- Вырежьте несколько частей проводов Ag/AgCl и поместите их в решения KCl, упомянутые в шаге 5.2.
ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол можно приостановить здесь.
- Вырежьте несколько частей проводов Ag/AgCl и поместите их в решения KCl, упомянутые в шаге 5.2.
7. Катодная очистка электродов micro Ag
ПРИМЕЧАНИЕ: Все следующие процессы используют электрохимический анализатор CHI660D/рабочую станцию и сопутствующее программное обеспечение.
- Промыть чип с помощью IPA следуют DI воды.
- Налейте раствор 0.01 M HCl в акриловый контейнер.
- Протрите сухой макро Ag / AgCl ссылка электрода пипетки экстерьера (изготовлено в шаге 6.5) и макро Ag / AgCl электрод (изготовлен в шаге 6.3) с помощью лабораторных чистых салфеток.
- Подключите чип и макро электроды к анализатору таким образом, что тонкая пленка Ag электрода на чипе определяется как рабочий электрод, макро Ag /AgCl эталонный электрод определяется как эталонный электрод, а голый макро Ag / AgCl электрод определяется как счетчик электрода.
- Поместите макро электроды в контейнер. Используйте blu-tack как крышка контейнера для закрепления макро электродов.
- Поместите установку в клетку Фарадея.
- В программном обеспечении CHI660D нажмите на вкладку Setup в левом верхнем углу окна. Затем нажмите Техника Амперометрическая кривая i-t OK для выполнения катодной очистки электродов.
- В всплывающем меню измените параметры катодической очистки.
- Установите Init E (V) как -1.5.
- Установите Интервал выборки (сек) как 0.1 (по умолчанию).
- Установите время выполнения (сек) как 900.
- Установите Тихое время (сек),чтобы быть 0 (по умолчанию).
- Установите весы во время выполнения как 1 (по умолчанию).
- Установите чувствительность (A/V) соответствующим образом. Для электрода 80 мкм х 80 мкм установите его как 1e-006.
- Пресс OK. Запустите процесс, нажав значок "Пуск" под баром меню.
- Пусть эксперимент запустится и закончится.
- Откройте клетку Фарадея.
- Удалите макросферу и счетчик электрода. Протрите сухие поверхности.
- Налейте использованный электролит в контейнер для отходов. Промыть акриловый контейнер с помощью воды DI.
8. Изготовление однослойного AgCl поверх тонкой пленки Ag электродов
- Налейте раствор 0.1 M KCl в акриловый контейнер.
- Подключите чип и макро электроды к анализатору таким образом, что очищенный тонкая пленка Ag электрода на чипе определяется как рабочий электрод, макро Ag/AgCl эталонный электрод определяется как эталонный электрод, а голый макро Ag/AgCl электрод определяется как счетчик электрода.
- Поместите макро электроды в контейнер. Используйте blu-tack как крышка контейнера для закрепления макро электродов.
- Поместите установку в клетку Фарадея.
- В программном обеспечении CHI660D щелкните вкладку Setup в левом верхнем углу окна, а затем нажмите Кнопку Техника Хронопотентиометрия OK для выполнения гальваностатического изготовления одного слоя AgCl на серебряных электродов.
- В всплывающем меню измените параметры такого процесса.
- Установите Катодное течение (A) как 0 (по умолчанию).
- Установите анодикевое течение (A) таким образом, чтобы текущая плотность, наносимая на тонкопленопленический электрод, составляет 0,5 мА/см2.
- Держите предел высокого и низкого E и держите время как значение по умолчанию.
- Установите Катодическое время (сек) как 10 (по умолчанию).
- Установите анодичное время (сек) соответственно для достижения необходимой степени покрытия AgCl.
ПРИМЕЧАНИЕ: Со ссылкой на Фарадейс Закон электролиза, время, необходимое для 100% охвата 262 с. Необходимое время зависит от процентного показателя покрытия. - Установите начальную полярность как анодичный.
- Установите Intvl (сек) для хранения данных как 0.1 (по умолчанию).
- Установите количество сегментов как 1 (по умолчанию).
- Установите приоритет текущего переключения как время.
- Снимите вспомогательную запись сигнала, когда образец Интервал
- Пресс OK. Запустите процесс, нажав значок "Пуск" под баром меню.
- Пусть эксперимент запустится и закончится.
- Откройте клетку Фарадея.
- Удалите макросферу и счетчик электрода. Протрите сухие поверхности.
- Подключить макро электроды в 3,5 M KCl решение для хранения.
- Налейте использованный электролит в контейнер для отходов. Промыть контейнер с помощью воды DI.
- Обложка открытия акрилового контейнера с помощью парафильма для дальнейшей обработки.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
На рисунке 1 показан электрод Ag/AgCl с 50% изготовленным в соответствии с этим протоколом 80 мкм х х 80 мкм м. По наблюдениям, площадь патча AgCl составляет около 68 мкм х 52 мкм, что соответствует примерно 55% покрытия AgCl. Это показывает, что протокол может тонко контролировать количество покрытия AgCl на тонкой пленке Ag электродов. Слой AgCl, изготовленный изготавливается, также очень гладкий, о чем свидетельствует слипание смежных частиц AgCl. Кроме того, слой AgCl является лишь одним слоем, что подтверждается отсутствием сложенных частиц AgCl и отличительным пересечением Ag/AgCl. Рисунок 2 показывает более успешные примеры тонкопленочных электродов Ag/AgCl, изготовленных с использованием этого протокола, которые представляют собой электроды 80 мкм х 80 мкм с обозначенным покрытием AgCl 70% и 30%, а также 160 м х 160 м электродами с обозначенным покрытием AgCl 75% и 90%, подтверждая надежность этого протокола.
Рисунок 1: Образцовое изображение SEM тонкой пленки электрода Ag/AgCl с размером 80 мкм х 80 мкм и обозначенным покрытием AgCl 50%. Наблюдаемый охват AgCl составляет 55%, что свидетельствует об эффективности протокола. Эта цифра была изменена из Tjon et al.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Пример SEM изображения тонкой пленки Ag /AgCl электродов с различными областях электродов и AgCl покрытий. (A) 80 мкм х 80 мкм с 70% покрытием AgCl. (B) 80 мкм х 80 мкм с 30% покрытием AgCl. (C) 160 мкм х 160 мкм с 75% покрытием AgCl. (D) 160 мкм х 160 мкм с 90% покрытием AgCl. Эти цифры были изменены из Tjon et al.13. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 иллюстрирует отрицательный результат, когда шаг полировки опущен (т.е. шаг 4.2). На рисунке 3A показана полированная поверхность электрода, в то время как на рисунке 3B показана неполированная поверхность электрода. Для неполированного электрода на поверхности можно наблюдать похожие на палец структуры, которые иллюстрируются на рисунке 4, где полированная поверхность электрода гладкая с незначительными царапинами, вызванными процессом полировки. На рисунке 5 показан неполированный 80 мкм х 80 мкм Ag/AgCl электрод с разработанным покрытием AgCl 50%. По наблюдениям, площадь малозакрытого AgCl составляет всего около 40 мкм х 40 мкм, что составляет 25% от очевидной площади поверхности электрода. Кроме того, по сравнению с рисунком 1, где протокол надлежащим образом соблюдается, для неполированного электрода, agCl формируется, как представляется, утоплен внутрь, а не выступающие наружу.
Рисунок 3: SEM изображения для голых серебряных электродов. (A) Польский 160 мкм х 160 мкм электрода (B) Неполированный 40 мкм х 40 мкм электрода. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: Увеличенное изображение SEM для неполированных серебряных электродов. Можно наблюдать похожие на палец структуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: Субоптимальное изготовление тонкопленочных электродов Ag/AgCl. Без полировки степень покрытия сформированного AgCl на поверхности электрода меньше прогнозируемого значения. Разработанный agCl покрытие для этого 80 мкм х 80 мкм тонкой пленки серебряный электрод составляет 50%, но фактическое покрытие составляет лишь 25%. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Физические свойства электрода Ag/AgCl контролируются морфологией и структурой AgCl, отложенной на электроде. В этой работе мы представили протокол точного контроля покрытия одного слоя AgCl на поверхности серебряного электрода. Неотъемлемой частью протокола является модифицированная форма закона электролиза Фарадея, который используется для контроля степени AgCl на тонкопленочных серебряных электродах. Она может быть написана как:
Где X является толщина одного слоя AgCl в см (350 нм и 3,5 х 10-5 см); P% - это процент покрытия AgCl на поверхности электрода Ag (100% - полный охват); j - это применяемая плотность тока в A/cm2 (0,5 мА/см2),M - молярный вес AgCl (143,5 г/мол), т - продолжительность анодизации в с (262 с для 100% покрытия); F является константой Фарадея (96485 C/mol); D — плотность AgCl (5,56 г/см3). Для обеспечения успеха протокола необходимо выполнить ряд важных шагов в протоколе. Шаг 4.2, который о полировке поверхности тонкопленочных серебряного электрода, имеет решающее значение для определения площади поверхности электрода до гальваностатического образования AgCl на поверхности электрода. С рисунка 3 и рисунок 4, разница в структуре поверхности и шероховатости тонкопленочных серебряных электродов, изготовленных распылением можно увидеть ясно; неполированная серебряная поверхность имеет палец, как структуры, в то время как полированная поверхность серебра в основном гладкой с незначительными царапинами, вызванные наждачной бумагой трения. Это создает серьезную проблему, так как похожие на палец структуры эффективно увеличивают площадь поверхности электрода. Это делает невозможным определение площади поверхности электрода, а затем и степень покрытия AgCl на электроде. Эффект от этого хорошо иллюстрируется на рисунке 1 и на рисунке 5. Протокол совместимый электрод Ag/AgCl имеет гладкий, один слой AgCl с хорошо контролируемым покрытием AgCl, в то время как электрод без наблюдения за этапом полировки имеет завышенное покрытие AgCl на электроде. Шаг 8.6.2, который об использовании постоянной плотности тока 0,5 мА/см2 для формирования слоя AgCl на тонкой пленке электрода Ag, имеет решающее значение для создания гладкого слоя AgCl с толщиной одного слоя. Недавно сформированные месторождения AgCl по краям существующего AgCl на поверхности из-за его низкой энергии7,8. Это позволяет частицам AgCl сформировать один слой, прежде чем расти толще. Однако, если высокая плотность тока применяется во время гальваностатического образования слоя AgCl, вновь образованный AgCl может иметь достаточно энергии, чтобы сформировать непосредственно на электроде, кроме как вдоль существующих краев AgCl, создавая более грубую поверхность AgCl14. Это делает степень покрытия AgCl на электроде не в состоянии контролироваться, как AgCl формирования сайтов не может быть предсказано при таком состоянии. Кроме того, это делает определение области поверхности AgCl невозможным, так как ее шероховатость влияет на площадь поверхности, что, как было показано, влияет на характеристики наглости электрода в нашей предыдущей работе13.
Существует несколько способов устранения неполадок в том, формируется ли один слой AgCl должным образом. Во-первых, проверить, успешно ли проводится этап полировки. Образец следует наблюдать под микроскопом SEM без золотого покрытия после шага полировки, чтобы увидеть, заменяется ли структура пальца гладкой поверхностью. Кроме того, когда поверхность электрода полностью покрыта AgCl, дальнейшее гальваностатическое окисление вызовет внезапное увеличение примененного потенциала системы, поскольку утолщение AgCl увеличивает охмическое сопротивление слоя AgCl. Это может быть использовано для определения того, является ли поверхность электрода полностью покрыта AgCl уже.
Существует серьезное ограничение в отношении использования этого метода для изготовления тонкопленочных электродов Ag/AgCl с хорошим контролем покрытия AgCl. Электроды, изготовленные с использованием этого метода, не поддаются переработке. В процессе гальваностатического окисления серебряного электрода для формирования отложенного слоя AgCl, места несовершенства на поверхности электрода будут расти в размерах непредсказуемым образом. Если электрод сводится к возврату AgCl обратно в Ag, он не в состоянии гарантировать, что эти участки на поверхности электрода будут заполнены обратно, как это было. Вместо этого поверхность станет грубее. Если поверхность повторно полируется с помощью наждачной бумаги после попытки переделки, некоторые серебра будут удалены с поверхности во время полировки. Таким образом, можно сделать это только в течение нескольких раз, прежде чем основной слой золота становится подвергается.
Этот метод, по сравнению с типичными методами изготовления электродов Ag/AgCl, фокусируется на тонком контроле покрытия AgCl на поверхности тонкопленочной электрода Ag, в то время как другие методы сосредоточены на создании пористых слоев AgCl. Из лучших знаний автора, это первый раз, когда протокол разработан для изготовления одного слоя мелко контролируемых AgCl на вершине серебряного электрода. Это связано с различными целями проектирования. Большинство предыдущих работ, направленных на достижение эталона Ag/AgCl электрода с высокой стабильностью потенциала электрода, в то время как наш протокол направлен на проектирование зондирования Ag/AgCl электрод с низким контактом impedance систем зондирования, таких как цитометры потока impedance и межгитированных электродных массивов.
Будущие эксперименты могут включать более сложный этап полировки, например, с использованием системы полировки для достижения еще более гладкой поверхности. Дальнейшие исследования могут также проводиться для оценки количественной взаимосвязи между толщиной слоя AgCl и уравнением электролиза фарадея.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана грантом Объединенного фонда РГС-НСФК, финансируемым Советом по научно-исследовательским грантам Гонконга (проект No N_HKUST615/14). Мы хотели бы отметить Nanosystem Изготовление фонда (NFF) HKUST для устройства / системы изготовления.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| AST Peva-600EI E-Beam Evaporation System | Advanced System Technology | For Cr/Au Deposition | |
| AZ 5214 E Photoresist | MicroChemicals | Photoresist for pad opening | |
| AZ P4620 Photoresist | AZ Electronic Materials | Photoresist for Ag liftoff | |
| Branson/IPC 3000 Plasma Asher | Branson/IPC | Ashing | |
| Branson 5510R-MT Ultrasonic Cleaner | Branson Ultrasonics | Liftoff | |
| CHI660D | CH Instruments, Inc | Electrochemical Analyser | |
| Denton Explorer 14 RF/DC Sputter | Denton Vacuum | For Ag Sputtering | |
| FHD-5 | Fujifilm | 800768 | Photoresist Development |
| HPR 504 Photoresist | OCG Microelectronic Materials NV | Photoresist for Cr/Au liftoff | |
| Hydrochloric acid fuming 37% | VMR | 20252.420 | Making diluted HCl for cathodic cleaning |
| J.A. Woollam M-2000VI Spectroscopic Elipsometer | J.A. Woollam | Measurement of silicon dioxide passivation layer thickness on dummy | |
| Multiplex CVD | Surface Technology Systems | Silicon dioxide passivation | |
| Oxford RIE Etcher | Oxford Instruments | For Pad opening | |
| Potassium Chloride | Sigma-Aldrich | 7447-40-7 | Making KCl solutions |
| SOLITEC 5110-C/PD Manual Single-Head Coater | Solitec Wafer Processing, Inc. | For spincoating of photoresist | |
| SUSS MA6 | SUSS MicroTec | Mask Aligner | |
| Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit | Dow Corning | Adhesive for container on chip |
References
- Bakker, E., Telting-Diaz, M.
- Jobst, G., et al. Thin-Film Microbiosensors for Glucose-Lactate Monitoring. Analytical Chemistry. 68 (18), 3173-3179 (1996).
- Matsumoto, T., Ohashi, A., Ito, N. Development of a micro-planar Ag/AgCl quasi-reference electrode with long-term stability for an amperometric glucose sensor. Analytica Chimica Acta. 462 (2), 253-259 (2002).
- Suzuki, H., Hirakawa, T., Sasaki, S., Karube, I. An integrated three-electrode system with a micromachined liquid-junction Ag/AgCl liquid-junction Ag/AgCl reference electrode. Analytica Chimica Acta. 387 (1), 103-112 (1999).
- Ives, D. J. G., Janz, G. J. Reference Electrodes - theory and practice. , Academic Press. London. (1961).
- Huynh, T. M., Nguyen, T. S., Doan, T. C., Dang, C. M. Fabrication of thin film Ag/AgCl reference electrode by electron beam evaporation method for potential measurements. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 10 (1), 015006 (2019).
- Katan, T., Szpak, S., Bennion, D. N. Silver/silver chloride electrode: Reaction paths on discharge. Journal of The Electrochemical Society. 120 (7), 883-888 (1973).
- Katan, T., Szpak, S., Bennion, D. N. Silver/silver chloride electrodes: Surface morphology on charging and discharging. Journal of The Electrochemical Society. 121 (6), 757-764 (1974).
- Polk, B. J., Stelzenmuller, A., Mijares, G., MacCrehan, W., Gaitan, M. Ag/AgCl microelectrodes with improved stability for microfluidics. Sensors and Actuators B: Chemical. 114 (1), 239-247 (2006).
- Mechaour, S. S., Derardja, A., Oulmi, K., Deen, M. J. Effect of the wire diameter on the stability of micro-scale Ag/AgCl reference electrode. Journal of The Electrochemical Society. 164 (14), E560-E564 (2017).
- Brewer, P. J., Leese, R. J., Brown, R. J. C. An improved approach for fabricating Ag/AgCl reference electrodes. Electrochimica Acta. 71, 252-257 (2012).
- Safari, S., Selvaganapathy, P. R., Derardja, A., Deen, M. J. Electrochemical growth of high-aspect ratio nanostructured silver chloride on silver and its application to miniaturized reference electrodes. Nanotechnology. 22 (31), 315601 (2001).
- Tjon, K. C. E., Yuan, J. Impedance characterization of silver/silver chloride micro-electrodes for bio-sensing applications. Electrochimica Acta. 320, 134638 (2019).
- Pargar, F., Kolev, H., Koleva, D. A., van Breugel, K. Microstructure, surface chemistry and electrochemical response of Ag | AgCl sensors in alkaline media. Journal of Materials Science. 53 (10), 7527-7550 (2018).
- Hassel, A. W., Fushimi, K., Seo, M. An agar-based silver | silver chloride reference electrode for use in micro-electrochemistry. Electrochemistry communications. 1 (5), 180-183 (1999).
