金剛石微電極的製作方法

2023-07-21 01:31:16 1

專利名稱：金剛石微電極的製作方法
技術領域：
本發明涉及微電極以及傳感器和其它包含所述微電極及傳感器的電化學裝置。
背景技術：
製備用於電化學感應的微電極是已知的。在導電電極材料上設置非導電層，並暴露小面積導電材料，所述小面積導電材料可以與有待檢測的流體接觸。早前典型的導電材料為金屬，但是最近開始使用硼摻雜的金剛石。例如，P Rychen等人公開了將Si3N4或類似的非導電材料層塗覆至硼摻雜的金剛石表面，並隨後在其中蝕刻出孔，從而暴露下方的金剛石(電化學協會論文集，卷2001-23，第97-107頁)。JP2009-128041公開了三維金剛石微電極陣列。WO 2005/012894A1公開了 一種微電極，其中導電金剛石的插腳或突出部分至少部分通過非導電金剛石層延伸，從而在微電極的分析表面上提供導電接點。WO2005/017514A1討論了在用於監控比如與井眼相關的那些流體特性的傳感器中類似微電極的應用。儘管這種金剛石微電極是有效和可靠的，但其製造是昂貴的，需要生長導電和非導電的兩種金剛石層，這需要專業的製造商。因此，現存在對具有彈性和可靠性、並且更易於生產及成本低廉的金剛石微電極的需求。

發明內容
根據本發明，提供了一種具有分析表面的微電極，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域，所述類金剛石碳材料具有(a)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和(b)至少 IxlO9Ohmcm 的電阻率，並且所述微電極設置有用於將一個或多個區域電連接至外部電路的連接裝置。根據本發明生產的微電極具有以下優勢，即:由於類金剛石碳材料很好地附著至金剛石材料並具有很相似的物理性能(比如熱膨脹係數)，因此這種微電極很穩定並具有彈性。其比現有的微電極，比如在WO 2005/012894中所述的那些更易於生產且成本更低廉，因為類金剛石碳比較容易沉積並且不需要那種專業設備和條件。而且，金剛石和類金剛石碳都是生物相容的，因此可以被用於人體內的檢測應用中。本發明的微電極利用了電絕緣的類金剛石碳材料。該材料最近已被開發，並且可以根據製造其所用的具體處理條件而被製成為具有不同範圍的物理性能，參見例如Brunei大學完成的研究，www.etcbrunel.c0.uk/research_files/DLC.htm。金剛石為晶體材料，其中碳原子為四面體排列並且由SP3鍵相互結合。另一方面，類金剛石碳材料包含四面體SP3鍵合碳原子和石墨Sp2鍵合碳原子兩者，其不顯示長程有序性並且可含有很大量的氫原子。其可以被沉積為薄膜塗層，該薄膜塗層具有緻密、惰性、低摩擦和耐磨的有用性能。
迄今為止，類金剛石碳材料一般被用作金剛石的競爭材料而開發其類金剛石性能，因此其可以被用作用於某些用途的金剛石的替代品。另一方面，在本發明中，發明人利用了這兩種材料的性能，出人意料地將金剛石和類金剛石碳結合在一起，以生產新產品。為了本發明的目的，類金剛石碳材料應具有小於導電金剛石硬度的硬度。金剛石一般具有約85至IOOGPa的維氏硬度(根據定義，即摩氏硬度計量為10的硬度)。用於本發明中的類金剛石碳材料一般可具有20至SOGPa的硬度。當製造微電極的方法將包括如下面所討論的研磨步驟時，類金剛石碳一般可具有60GPa或更低的硬度。例如，其可以具有導電金剛石硬度的0.75倍的硬度或更小的硬度，可選地在0.55和0.65倍之間，可選地小於或等於0.6倍。電絕緣的類金剛石碳材料將具有至少IxIO9Ohmcm的電阻率。實際上，電阻率可以比這更高，例如其可以至少為lxl0lclohmcm,可選地至少為IxlO11Ohmcm或甚至大於IxlO12Ohmcm0本領域技術人員可以理解的是，根據本發明的微電極應用中所選用的具體的電絕緣的類金剛石碳材料將為一種具有比如將耐用性與易於製造性相結合的物理性能的材料。一般地，電絕緣的類金剛石碳材料可具有2.0至2.7g/cm3、可選地2.2至2.6g/cm3、可選地
2.3至2.5g/cm3範圍的密度。已報導的天然金剛石的密度在3.15至3.53g/cm3的範圍內，且一般約為3.5g/cm3,而以合成方式生產的導電金剛石的密度可能在3.5g/cm3的區域內。類金剛石碳材料的其中一個有用性能為:當其被沉積在導電金剛石材料上時，在兩種材料之間形成很強的鍵結。這意味著包括該層的微電極在使用期間具有很小的分層趨勢。而且，在類金剛石碳材料開始氧化之前，該鍵結在高達400°C的溫度下保持穩定。導電金剛石材料可以是摻雜金剛石，例如硼摻雜金剛石，或者摻雜有提供導電性的另一種元素的金剛石，比如摻雜磷的金剛石。導電金剛石材料可以是天然導電金剛石，但實際上可能是通過常用的已知工藝，比如高壓高溫工藝或化學氣相沉積工藝生長的合成金剛石。導電金剛石材料可以是要麼多晶要麼單晶的金剛石材料。可以使用化學氣相沉積來生長摻雜的單晶金剛石，該摻雜的單晶金剛石具有滲透大塊材料的高度可控的導電性，因此當期望使用具有該性能的金剛石材料時，摻雜的單晶金剛石是一個合適的來源。用於生產導電金剛石的其它方法包括通過離子注入摻雜。本發明中所用的導電金剛石材料例如可以具有小於lxl03ohmcm、可選地小於lOohmcm、可選地為1hmcm或更小的電阻率。一般地，其將具有在0.05至1hmcm的範圍內的電阻率。電化學中使用的微電極利用浸入流體中時測得的電流和電壓之間的關係來表示流體的特性。該流體可以為液體或氣體，並且一般為溶液。根據不同的應用，例如當溶液的成分發生變化時，電流或電壓中的一個可以是固定的而容許另一個參數發生變化。可選地，溶液可以是固定的，電流或電壓中的一個可以在一個取值範圍內以及其他以時間-電流、時間-電壓或電壓-電流的繪圖(例如周期伏安圖)形式被記錄的參數的響應中變化。電化學測量可以是定性或比對的，或其可以為定量的。定量測量一般需要系統服從於數學模型。在這兩種情況下，期望系統中的信噪比被最大化，並且可以期望從系統中提取出儘可能多的信息，參見Feeney R和Kounaves SP, 「微製造的超微電極陣列:在環境分析中的開發、進展和應用」，電解分析2000，12，第9號，第677-684頁。這些目標可以通過使用小的電極接點而極好地獲得。
根據本發明的微電極具有分析表面，該分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域，該電絕緣的類金剛石碳材料提供電極接點。這些可以方便地在分析表面上呈現圓形輪廓，但是可以理解的是，根據製造方法和預期用途，可以使用其它形狀。根據近似半球的三維擴散模型，當區域直徑很小時，溶液中的物質種類會在所施加電場的作用下朝向所述區域擴散。例如所述區域直徑可以在I μ m至200 μ m的範圍內，一般地，所述區域的直徑可以在10 μ m至50 μ m、可選地15 μ m至30 μ m的範圍內。
根據本發明的最簡單的分析表面將只包括一個導電金剛石材料區域。然而，為了增加信噪比，可以期望的是使用具有兩個或更多由電絕緣的類金剛石碳包圍的導電金剛石材料區域的分析表面，從而提供兩個或更多的電極接點。各導電金剛石材料區域將在遠離所述分析表面的位置處相互電連接。當如下面所述地通過在導電金剛石材料基底上沉積類金剛石碳材料層而形成微電極時，可以理解的是所述各區域將通過導電金剛石材料基底而電連接在一起。而且，然後該基底可提供用於將所述各區域電連接至外部電路的連接裝置。如果需要，分析表面將包括具有三個或更多電極接點的陣列。實際上，該陣列可以包含大量更多的電極接點，這取決於預期的用途。合宜地，每個電極接點可以具有在15μπι至30 μ m範圍內的直徑，並且以所述電極接點的平均直徑的5至15倍的距離與其最靠近的電極接點分開。該幾何構形有助於有效的三維擴散模型，且在使用中，每個電極接點被半球形的擴散體積包圍。電極接點的陣列可以通過導電金剛石材料基底電連接在一起，該基底用作將所述陣列電連接至外部電路的連接裝置。外部電路可以通過各種裝置電連接至基底。例如，可在導電基底的暴露表面上提供接觸襯墊，可以將單獨的導線接合在該襯墊上或者可以將球柵陣列基底焊接至該襯墊上。可選地，可以在暴露表面上提供金屬化的層，並且結合是與該層進行的。根據本發明，也可以製造一種微電極，其具有被細分成兩個或更多陣列的分析表面，所述陣列相互電分離並適於連接至分離的外部電路。當如下面所述地通過在導電金剛石材料基底上沉積類金剛石碳材料層而形成微電極時，可以通過導電金剛石材料基底的合適的幾何構形來配置電分離。例如可以從下方在導電材料的基底上切割出槽，從而將其分成兩個電分尚部分，每個電分尚部分含有電連接的電極接點的陣列。然後，分尚的外部電路可以被連接至這些分離的部分。可以理解的是，通過適當選擇電極接點的幾何構形以及通過在後部開槽，有可能將微電極細分成任何需要數量的可分別尋址的陣列。可以理解的是，包括任何另外的接合導線和接觸襯墊的所述微電極其實可以被暴露於分析中的流體，或者所述結構可以被裝配到電極固定器中，比如聚四氟乙烯管中，或通過一些其它的裝置包裝，以在使用前保護分析表面後方的結構。在第一實施方式中，本發明的微電極包括沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣的類金剛石碳材料層，所述導電金剛石材料基底具有一個或多個穿過所述類金剛石碳材料層而伸出的突出物，從而為所述分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。在該實施方式中，類金剛石碳層一般可具有在5μηι至10 μ m範圍內的厚度。在第二實施方式中，通過沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣的類金剛石碳材料層來提供本發明微電極的分析表面，在所述電絕緣的類金剛石碳材料層中具有孔，所述孔暴露下方的導電材料，從而為分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。在該實施方式中，類金剛石碳層一般可具有在Ιμπι至3μπι範圍內的厚度。在該實施方式中，類金剛石碳材料薄層中的孔暴露下方的導電金剛石材料，使得電極接點略微凹陷到電絕緣層的表面下。為了微電極的最佳性能，該凹陷的深度不應太大，但是當電極接點具有更大的直徑時，該凹陷的深度可以更大。例如，電極接點可具有類金剛石碳層厚度的15至20倍的平均直徑。一般地，電極接點可具有在15μπι至30μπι範圍內的直徑。如有需要，可以沉積電絕緣類金剛石碳，使得其包圍導電金剛石基底的邊緣並使其絕緣，以及在該邊緣上提供層。這樣有助於確保:當安裝在外殼中，例如甚至通過硬焊接頭而安裝在外殼上時，該導電基底會與其它部分絕緣。本發明的微電極可以併入傳感器中，用於檢測流體的一種或多種特性。傳感器將包括至少一個微電極，該微電極被連接至外部電路，該外部電路適於將來源於微電極的電信號轉變成對流體的一種或多種特性的定性或定量測量。

本發明的微電極可以用於測量在各種環境中流體的不同特性。例如，其可適於檢測pH，可適於檢測是否存在特定化學物質種類，例如硫化氫，或可適於測量流體的電阻率。由於金剛石和類金剛石碳都是生物相容的，因此其可用於測量或檢測人體內部的特性。用於微電極的分析表面可以被製成為具有小到20 μ m的直徑，特別是如果只需要一個導電金剛石材料區域，並且在這種情況下，微電極可以被安裝在可具有Imm的內部直徑的醫療探針內，從而被插入人體中以進行測量。對於一些用途，可以期望微電極具有呈現出除導電金剛石之外的、比如像金或鉬這樣的金屬的特定材料的導電區域的分析表面。本領域技術人員會理解，對於本發明，通過首先提供具有導電金剛石材料的分析表面並隨後通過電鍍將金屬塗覆至導電區域，這是可以實現的。根據本發明的微電極可以通過任何合適的方法製成。例如，一種適合於製備根據上述第一實施方式的微電極的方法包括以下步驟:提供導電金剛石材料基底，從該基底的表面上有選擇地移除材料，從而留下一個或多個從所述表面伸出的突出物，在所述表面上沉積類金剛石碳材料層，從而覆蓋一個或多個從其伸出的突出物，所述類金剛石碳材料具有(a)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和(b)至少 IxlO9Ohmcm 的電阻率，然後，研磨所述類金剛石碳材料層的暴露表面，直到暴露至少一個先前覆蓋的突出物，由此提供所述微電極的分析表面，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域。可以通過任何合適的方法可選擇地從基底表面上移除導電金剛石材料，比如使用UV雷射的雷射消融，或使用蝕刻，例如通過比如W02008/090511中所述的氬氯蝕刻。可以通過在真空室內的等離子輔助化學氣相沉積來進行類金剛石碳材料的沉積。導電金剛石材料基底被放置在腔內的陰極上，該陰極被電容耦合至射頻源。作為碳和氫來源的氣體，比如乙炔，被引入腔中並由場進行離化。碳和氫的正離子被吸引至陰極，因此轟擊基底並將類金剛石碳沉積於其上。與金剛石的化學氣相沉積(其通常在約800°C下發生)不同的是，該過程可在接近室溫下發生而不需要加熱。通過任何合適的研磨劑，比如金剛石、碳化矽或立方氮化硼，可以進行類金剛石碳材料的研磨。通過選擇具有介於金剛石和類金剛石碳材料之間的硬度的研磨劑，可以很容易地移除類金剛石碳材料，但是當研磨劑接觸到導電金剛石時，其將不能被有效地磨掉，因此研磨速度將減慢，這為本領域技術人員提供了信號:即已經磨掉了足夠多的材料。當電極接點存在於基本平直的表面上時，微電極的操作可以被更容易地模型化。因此，當通過上述方法製備電極時，類金剛石碳層經常會以充分的厚度沉積在導電金剛石材料的起伏的表面上，從而完全填充突出物之間的凹陷部分，使得在研磨暴露突出物後，所產生的分析表面基本上是平坦的。然而，如本領域技術人員會理解的，凹陷部分不必總被完全填充，因為在所完成的分析表面上的一些起伏不會影響微電極的有用操作。根據上述第二實施方式的微電極可以例如通過一種包括以下步驟的方法製備:提供導電金剛石材料基底，在該基底上沉積電絕緣的類金剛石碳材料層，所述類金剛石碳材料具有(a)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和(b)至少 IxlO9Ohmcm 的電阻率，然後，有選擇地移除材料，從而在所述類金剛石碳材料層中形成一個或多個孔，因此暴露下方的導電金剛石材料，由此提供微電極的分析表面，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域。在該方法中，可以通過蝕刻、雷射消融或任何其它合適的技術可選擇地移除電絕緣的類金剛石碳材料。可以通過已知技術進行類金剛石碳材料的蝕刻。例如，可以通過光刻掩模、抗蝕劑掩模或金屬掩模進行等離子蝕刻，從而可選擇地移除材料，以形成孔，所述掩模可以在蝕刻後移除。可以通過在孔所需的區域表面上直接用雷射加工來進行類金剛石碳材料的雷射消融。可選地，可以在孔所需的地方以外，將不透雷射掩模應用至表面，使得當雷射掃描該表面時，雷射只能從那些地方移除類金剛石碳材料。在消融步驟後，可從表面上清除任何掩模。方便地，雷射可以是UV雷射，但是也可使用其它波長的其它光。根據第二實施方式的微電極也可以通過以下步驟製備:提供導電金剛石基底，使用一個或多個阻礙物部分地掩飾該材料的表面，在基底上沉積電絕緣的類金剛石碳材料層，然後移除所述一個或多個阻礙物，以暴露下方的導電金剛石材料。本領域技術人員會理解，因為用於第二實施方式的所述方法不涉及研磨的步驟，所以其也可以用於製備在導電金剛石材料基層上包括任何其它類型的電絕緣材料層的微電極，該電絕緣材料層甚至可以具有等同於導電金剛石材料硬度的硬度，比如電絕緣的金剛石材料。因此，在第三實施方式中，本發明包括一種具有分析表面的微電極，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的金剛石材料包圍的導電金剛石材料區域，所述電絕緣的金剛石材料具有IxlO9Ohmcm或更大的電阻率，並且所述微電極設置有用於將一個或多個區域電連接至外部電路的連接裝置，其中，通過沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣金剛石材料層來提供所述分析表面，在所述電絕緣金剛石材料層中具有孔，所述孔暴露下方的導電材料，從而為所述分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。


現在將參考以下附圖通過示例的方式對本發明進行描述，其中:圖1a至Ic示出了根據本發明第一個實施方式的微電極在其不同製備階段的截面圖；圖1d示出了以同樣方式製備的另一個微電極的截面圖；圖2a至2c示出了根據本發明第二實施方式的微電極在其不同製備階段的截面圖；圖3a和3b示出了根據本發明的包含四個陣列的微電極的實例的分析表面的生產中的兩個階段的主視圖；和圖4示出了根據本發明的微電極的另一個實例的分析表面的主視圖，其中該微電極合併了參考電極、對-電極和工作電極。
具體實施例方式參考附圖，圖1a示出了導電金剛石材料的基底10，其中已經可選擇地從表面12上移除了材料，從而留下從該表面伸出的三個突出物14。在圖1b中示出了相同的基底10，其上已經沉積了電絕緣的類金剛石碳材料層16從而覆蓋了突出物14。隨後對類金剛石碳材料層的暴露的上表面18進行研磨，以移除材料，並且可以繼續研磨直到暴露先前覆蓋的突出物14的端部20，如圖1c所 示。由此，端部14在分析表面22中提供由電絕緣的類金剛石碳材料16包圍的導電金剛石材料區域10。導電基底10提供將所述區域電連接在一起並電連接至外部電路的連接裝置。圖1d示出了以同樣方式製造的微電極，但是其中，在沉積電絕緣材料之前，材料被可選擇地移除至導電基底的一個截面24中的較大深度處。例如通過雷射切割，通道26也穿過導電基底10而切入該截面24中。這樣具有使一些導電區域27與其它區域28分離的效果。可以這樣一種方式製備微電極，其中分析表面被細分成兩個或更多陣列，所述陣列相互之間是電分離的。被分割的導電基底10的每個部分可以被連接至分離的外部電路。如有需要，在連接至外部電路之前，基底10的底部可以被平坦化以移除不必要的背部堆積。一般地，在處理之前，導電金剛石材料的基底10會具有0.5mm或更小的厚度。然後可以通過蝕刻或雷射消融移除材料，以留下具有10 μ m或更大高度、適宜地約50 μ m的突出物14。如果期望在處理期間移除基底10的過多背部堆積，可以將其平坦化至期望的厚度，該厚度可以小到50 μ m (從基底底部測至突出物底部)。圖2a示出了具有沉積在頂部並圍繞各側面的電絕緣的類金剛石碳材料薄層32的導電金剛石材料基底30。在該薄層32上放置抗蝕劑掩模34，該抗蝕劑掩模中具有孔36。隨後使用蝕刻處理有選擇地移除類金剛石碳材料，以在層32中形成相應的孔38，並暴露下方的導電金剛石材料，參見圖2b。例如，使用諸如氫氧化鈉溶液的抗蝕劑去除劑將抗蝕劑從層32中移除，以留下具有由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料42的略微凹陷區域的分析表面40，參見圖2c。圖3a示出了導電金剛石材料50基底的主視圖，所述基底已被深蝕刻，使得導電金剛石的柱狀物52從其向上伸出。圓形通道54已被蝕刻到金剛石材料50的更深處，以包圍柱狀物52，並且已經通過兩個凹槽58將其被分成四等分56，所述凹槽58並未被蝕刻得與圓形通道54 —樣深。在沉積了電絕緣類金剛石碳材料層60以覆蓋柱狀物之後，該層被研磨以暴露電極接點62，如圖3b所示。所述結構已從下方被平坦化，直至到達圓形通道54，由此遠離周圍材料而切割微電極，以留下微電極盤64。隨後切出兩個凹槽，使其底部處於與以前相同的位置，這具有將四等分電隔離成四個分離的陣列的效果。如期望的，然後這些陣列可以被電連接至分離的電路。一個有助於與陣列的電連接的便利方式為:對導電金剛石材料層的暴露表面進行金屬化，然後將導線結合至該金屬化的表面。本發明的另一個實施方式如圖4所示。在電化學系統中，有時需要將兩種或更多類型的電極併入同一微電極中。這些電極的類型可以通過以下舉例來區分:例如可以通過施加至其上的電壓、通過由其在外部電路中產生的用途或通過電極的幾何構形或尺寸。圖4示出了微電極72的分析表面70，所述微電極合併了三個電極:參考電極以及通常已知為工作電極的正和負電極(其中一個也可以被稱為對-電極)。分析表面70包括:提供參考電極的月牙形導電金剛石材料區域74 ;提供對-電極的第二月牙形導電金剛石材料區域76以及位於由月牙形區域74、76包圍的區域內的圓形電極接點陣列78;並且月牙形區域74、76在分析表面下方相互電連接在一起，以提供另一個工作電極。例如通過以與圖1d所討論的類似的方式在導電金剛石材料層中切出通道或凹槽，在分析表面的下方，微電極的幾何構形使得三個電極相互電分離。可以理解的是，如有需要，該微電極中的電極接點陣列78也可以進一步被細分成不同的可尋址區域。
權利要求
1.一種微電極，其具有分析表面，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域，所述類金剛石碳材料具有 Ca)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和 (b)至少IxlO9Ohmcm的電阻率， 並且所述微電極設置有用於將一個或多個區域電連接至外部電路的連接裝置。
2.如權利要求1所述的微電極，其中，所述導電金剛石材料包括硼摻雜金剛石。
3.如權利要求1或2所述的微電極，其中，所述類金剛石碳材料具有小於或等於導電金剛石材料硬度的0.6倍的硬度。
4.如權利要求1-3中任一項所述的微電極，其中，所述分析表面包括兩個或更多個由電絕緣的類金剛石碳包圍的導電金剛石材料區域，所述區域在遠離所述分析表面的位置處相互電連接。
5.如權利要求1-4中任一項所述的微電極，其中，至少一個所述導電金剛石材料區域具有在15μπι至30μπι的範圍內的直徑。
6.如權利要求1-5中任一項所述的微電極,其中,所述分析表面包括三個或更多個由電絕緣的類金剛石碳包圍的導電金剛石材料區域的陣列，每一所述區域具有在15μπι至30 μ m的範圍內的直徑並且以所述區域平均直徑的5至15倍的距離與其最靠近的區域隔開，並且所述區域在遠離 所述分析表面的位置處相互電連接。
7.如權利要求6所述的微電極，其中，所述分析表面被細分成兩個或更多個陣列，所述陣列相互電分離並且適於連接至獨立的外部電路。
8.如權利要求中1-7中任一項所述的微電極，其包括沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣的類金剛石碳材料層，所述導電金剛石材料基底具有一個或多個穿過所述類金剛石碳材料層而伸出的突出物，從而為所述分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。
9.如權利要求8所述的微電極，其中，所述類金剛石碳層具有在5μ m至10 μ m的範圍內的厚度。
10.如權利要求1-7中任一項所述的微電極，其中，通過沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣的類金剛石碳材料層來提供所述分析表面，所述電絕緣的類金剛石碳材料層中具有孔，所述孔暴露了下方的導電材料，從而為所述分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。
11.如權利要求10所述的微電極，其中，所述類金剛石碳層具有在Iμ m至3 μ m的範圍內的厚度。
12.如權利要求11所述的微電極，其中，所述一個或多個區域具有為所述類金剛石碳層厚度的15至20倍的平均直徑。
13.—種傳感器，其用於監控一個或多個與流體相關的特性，所述傳感器包括至少一個如權利要求1-12中任一項所述的微電極，所述微電極被連接至外部電路，所述外部電路適於將來源於所述微電極的電信號轉換成對所述一個或多個特性的定性或定量測量。
14.一種製備微電極的方法，其包括以下步驟: 提供導電金剛石材料基底； 從該基底的表面上有選擇地移除材料，從而留下一個或多個從所述表面伸出的突出物；在所述表面上沉積類金剛石碳材料層，從而覆蓋所述一個或多個從其伸出的突出物，所述類金剛石碳材料具有 (a)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和 (b)至少IxlO9Ohmcm的電阻率， 然後， 研磨所述類金剛石碳材料層的暴露表面，直到露出至少一個先前覆蓋的突出物，由此提供所述微電極的分析表面，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域。
15.一種製備微電極的方法，其包括以下步驟: 提供導電金剛石材料基底； 在該基底上沉積電絕緣的類金剛石碳材料層，所述類金剛石碳材料具有 Ca)低於導電金剛石材料硬度的硬度，和 (b)至少IxlO9Ohmcm的電阻率， 然後， 有選擇地移除材料，從而在所述類金剛石碳材料層中形成一個或多個孔，因此暴露下方的導電金剛石材料，由此提供所述微電極的分析表面，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域。
16.如權利要求15 所述的方法，其中通過蝕刻或雷射消融從所述類金剛石碳層中有選擇地移除材料。
17.—種具有分析表面的微電極,所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的金剛石材料包圍的導電金剛石材料區域，所述電絕緣金剛石材料具有IxIO9Ohmcm或更大的電阻率，並且所述微電極設置有用於將一個或多個區域電連接至外部電路的連接裝置， 其中通過沉積在導電金剛石材料基底上的電絕緣金剛石材料層來提供所述分析表面，所述電絕緣金剛石材料層中具有孔，所述孔暴露下方的導電材料，從而為所述分析表面提供一個或多個導電金剛石材料區域。
全文摘要
本發明涉及一種用於電化學分析的具有分析表面的微電極，所述分析表面包括一個或多個由電絕緣的類金剛石碳材料包圍的導電金剛石材料區域，所述類金剛石碳材料具有(a)低於導電金剛石材料硬度的硬度和(b)至少1x109ohm.cm的電阻率，並且所述微電極設置有用於將所述一個或多個區域電連接至外部電路的連接裝置(10)。
文檔編號G01N27/403GK103221811SQ201180029788
公開日2013年7月24日 申請日期2011年4月14日 優先權日2010年4月16日
發明者凱文·約翰·奧利弗, 阿納爾多·加比亞蒂, 史蒂芬·查爾斯·林恩 申請人:第六元素有限公司