Name: fabrication of thin film silver/silver chloride electrodes with finely controlled single layer silver chloride
Uploaded: 2020-07-01T13:00:00
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本研究は、香港研究助成協議会(プロジェクト番号N_HKUST615/14)が主催するRGC-NSFC共同基金からの助成金によって支援されました。HKUSTのナノシステムファブリケーションファシリティ(NFF)のデバイス/システム製造について、認識を行いたいと思います。

1. リフトオフを用いたCr/Au接着層の作製
<ol><li>5 sの1,000 rpmの拡散速度および30 sのための4,000 rpmの回転速度を使用してクォーツウエハー上に1.2 μmの正のフォトレジストを1.2 μmの正のフォトレジストのSpincoat HPR504。</li>
	<li>ホットプレート上で5分間、110°Cの石英ウェハのフォトレジストをソフトベークします。</li>
	<li>マスクアライナを使用して、Cr/Au堆積のための位置が紫外線(UV)で露出され?...

<ol>
	<li>Bakker, E., Telting-Diaz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+sensors.">Electrochemical sensors.</a> Analytical Chemistry. 74 (12), 2781-2800 (2002).</li><li>Jobst, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thin-Film+Microbiosensors+for+Glucose-Lactate+Monitoring.">Thin-Film Microbiosensors for Glucose-Lactate Monitoring.</a> Analytical Chemistry. 68 (18), 3173-3179 (1996).</li><li>Matsumoto, T., Ohashi, A., Ito, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+micro-planar+Ag/AgCl+quasi-reference+electrode+with+long-term+stability+for+an+amperometric+glucose+sensor.">Development of a micro-planar Ag/AgCl quasi-reference electrode with long-term stability for an amperometric glucose sensor.</a> Analytica Chimica Acta. 462 (2), 253-259 (2002).</li><li>Suzuki, H., Hirakawa, T., Sasaki, S., Karube, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrated+three-electrode+system+with+a+micromachined+liquid-junction+Ag/AgCl+liquid-junction+Ag/AgCl+reference+electrode.">An integrated three-electrode system with a micromachined liquid-junction Ag/AgCl liquid-junction Ag/AgCl reference electrode.</a> Analytica Chimica Acta. 387 (1), 103-112 (1999).</li><li>Ives, D. J. G., Janz, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Reference Electrodes - theory and practice. , (1961).</li><li>Huynh, T. M., Nguyen, T. S., Doan, T. C., Dang, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+thin+film+Ag/AgCl+reference+electrode+by+electron+beam+evaporation+method+for+potential+measurements.">Fabrication of thin film Ag/AgCl reference electrode by electron beam evaporation method for potential measurements.</a> Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology. 10 (1), 015006 (2019).</li><li>Katan, T., Szpak, S., Bennion, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver/silver+chloride+electrode:+Reaction+paths+on+discharge.">Silver/silver chloride electrode: Reaction paths on discharge.</a> Journal of The Electrochemical Society. 120 (7), 883-888 (1973).</li><li>Katan, T., Szpak, S., Bennion, D. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver/silver+chloride+electrodes:+Surface+morphology+on+charging+and+discharging.">Silver/silver chloride electrodes: Surface morphology on charging and discharging.</a> Journal of The Electrochemical Society. 121 (6), 757-764 (1974).</li><li>Polk, B. J., Stelzenmuller, A., Mijares, G., MacCrehan, W., Gaitan, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ag/AgCl+microelectrodes+with+improved+stability+for+microfluidics.">Ag/AgCl microelectrodes with improved stability for microfluidics.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 114 (1), 239-247 (2006).</li><li>Mechaour, S. S., Derardja, A., Oulmi, K., Deen, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+the+wire+diameter+on+the+stability+of+micro-scale+Ag/AgCl+reference+electrode.">Effect of the wire diameter on the stability of micro-scale Ag/AgCl reference electrode.</a> Journal of The Electrochemical Society. 164 (14), E560-E564 (2017).</li><li>Brewer, P. J., Leese, R. J., Brown, R. J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+improved+approach+for+fabricating+Ag/AgCl+reference+electrodes.">An improved approach for fabricating Ag/AgCl reference electrodes.</a> Electrochimica Acta. 71, 252-257 (2012).</li><li>Safari, S., Selvaganapathy, P. R., Derardja, A., Deen, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+growth+of+high-aspect+ratio+nanostructured+silver+chloride+on+silver+and+its+application+to+miniaturized+reference+electrodes.">Electrochemical growth of high-aspect ratio nanostructured silver chloride on silver and its application to miniaturized reference electrodes.</a> Nanotechnology. 22 (31), 315601 (2001).</li><li>Tjon, K. C. E., Yuan, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impedance+characterization+of+silver/silver+chloride+micro-electrodes+for+bio-sensing+applications.">Impedance characterization of silver/silver chloride micro-electrodes for bio-sensing applications.</a> Electrochimica Acta. 320, 134638 (2019).</li><li>Pargar, F., Kolev, H., Koleva, D. A., van Breugel, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructure,+surface+chemistry+and+electrochemical+response+of+Ag+|+AgCl+sensors+in+alkaline+media.">Microstructure, surface chemistry and electrochemical response of Ag | AgCl sensors in alkaline media.</a> Journal of Materials Science. 53 (10), 7527-7550 (2018).</li><li>Hassel, A. W., Fushimi, K., Seo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+agar-based+silver+|+silver+chloride+reference+electrode+for+use+in+micro-electrochemistry.">An agar-based silver | silver chloride reference electrode for use in micro-electrochemistry.</a> Electrochemistry communications. 1 (5), 180-183 (1999).</li></ol>

Ag/AgCl電極の物理的特性は、電極に堆積するAgClの形態および構造によって制御される。本稿では、銀電極表面上のAgClの単層の被覆を正確に制御するプロトコルを発表した。プロトコルの不可欠な部分は、薄膜銀電極上のAgClの程度を制御するために使用されるファラデーの電気分解法則の改変された形態である。これは次のように記述できます。
<img alt="Equation" src="/files/ft...

Ag/AgCl電極は電気化学の分野で最も使用される電極の1つである。製造の容易さ、非毒性特性および安定した,電極電位1、2、3、4、5、62,3のために電気化学システム1の参照電極として最も一般的に使用されています。,45,6
研究者たちは、Ag/AgCl電極のメカニズムを理解しようとしました。電極上の塩化塩の層は、塩化物を含む電解質中のAg/AgCl電極の特徴的な酸化還元反応の基本材料であることが分かった。酸化経路の場合、電極表面の不完全部位の銀は溶液中の塩化物イオンと結合して可溶性AgCl錯体を形成し、AgClの形で沈殿させる電極の表面に堆積したAgClの縁に拡散する。還元経路は、電極上のAgClを用いて可溶性AgCl複合体の形成を伴う。複合体は銀表面に拡散し、元素の銀77、88に戻ります。
AgCl層の形態はAg/AgCl電極の物理的性質に極めて重要な影響を及ぼします。様々な働きは大きな表面積が非常に再現性が高く安定した電極電位9、10、11、1210,11を有する参照Ag/AgCl電極を12形成する鍵であることを示した。9そこで研究者たちは、大きな表面積を持つAg/AgCl電極を作成する方法を検討しました。Brewerらは、Ag/AgCl電極を作製するために定電流の代わりに定電圧を使用すると、AgCl構造が非常に多孔性になることを発見し、AgCl層11の表面積を増加させる。Safariらは、銀電極の表面上にAgCl形成時の質量輸送制限効果を利用して、その上にAgClナノシートを形成し、AgCl層の表面積を有意に12に増加させた。
感知用途向けAgCl電極を設計する傾向が高まっています。低い接触インピーダンスは、電極を感知するために重要です。したがって、AgClの表面コーティングがそのインピーダンス特性にどのような影響を与えるかを理解することが重要です。我々の以前の研究は、銀電極上のAgClカバレッジの程度が電極/電解質界面13のインピーダンス特性に極めて重要な影響を及ぼすことを示した。しかし、薄膜Ag/AgCl電極の接触インピーダンスを正しく推定するには、形成されたAgCl層は滑らかで、十分に制御されたカバレッジを持っている必要があります。そのため、AgCl カバレッジの指定度を持つスムーズな AgCl 層を形成する方法が必要です。このニーズに部分的に対処するための作業が行われています。Brewer et al. と Pargar ら. 穏やかな一定電流を使用して滑らかな AgCl を達成できることを論議し、銀電極11,,14の上に AgCl 層を作製する。Katan et al. は、それらの銀サンプル上に AgCl の単層を形成し、個々の AgCl 粒子8のサイズを観察した。彼らの研究は、AgClの単一層の厚さが約350 nmであることを発見しました。この研究の目的は、銀電極の上に予測インピーダンス特性を有するAgClの微細で十分に制御されたフィルムを形成するプロトコルを開発することである。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>AST Peva-600EI E-Beam Evaporation System</td>
			<td>Advanced System Technology</td>
			<td></td>
			<td>For Cr/Au Deposition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ 5214 E Photoresist</td>
			<td>MicroChemicals</td>
			<td></td>
			<td>Photoresist for pad opening</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AZ P4620 Photoresist</td>
			<td>AZ Electronic Materials</td>
			<td></td>
			<td>Photoresist for Ag liftoff</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Branson/IPC 3000 Plasma Asher</td>
			<td>Branson/IPC</td>
			<td></td>
			<td>Ashing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Branson 5510R-MT Ultrasonic Cleaner</td>
			<td>Branson Ultrasonics</td>
			<td></td>
			<td>Liftoff</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CHI660D</td>
			<td>CH Instruments, Inc</td>
			<td></td>
			<td>Electrochemical Analyser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Denton Explorer 14 RF/DC Sputter</td>
			<td>Denton Vacuum</td>
			<td></td>
			<td>For Ag Sputtering</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FHD-5</td>
			<td>Fujifilm</td>
			<td>800768</td>
			<td>Photoresist Development</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HPR 504 Photoresist</td>
			<td>OCG Microelectronic Materials NV</td>
			<td></td>
			<td>Photoresist for Cr/Au liftoff</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid fuming 37%</td>
			<td>VMR</td>
			<td>20252.420</td>
			<td>Making diluted HCl for cathodic cleaning</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>J.A. Woollam M-2000VI Spectroscopic Elipsometer</td>
			<td>J.A. Woollam</td>
			<td></td>
			<td>Measurement of silicon dioxide passivation layer thickness on dummy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multiplex CVD</td>
			<td>Surface Technology Systems</td>
			<td></td>
			<td>Silicon dioxide passivation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxford RIE Etcher</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td></td>
			<td>For Pad opening</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7447-40-7</td>
			<td>Making KCl solutions</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SOLITEC 5110-C/PD Manual Single-Head Coater</td>
			<td>Solitec Wafer Processing, Inc.</td>
			<td></td>
			<td>For spincoating of photoresist</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SUSS MA6</td>
			<td>SUSS MicroTec</td>
			<td></td>
			<td>Mask Aligner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sylgard 184 Silicone Elastomer Kit</td>
			<td>Dow Corning</td>
			<td></td>
			<td>Adhesive for container on chip</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of thin film silver/silver chloride electrodes with finely controlled single layer silver chloride

本論文は、薄膜銀電極の上に指定されたカバレッジを有する銀/銀塩化銀(Ag/AgCl)の滑らかで制御されたフィルムを形成するためのプロトコルを提示することを目的とする。80 μm x 80 μm および 160 μm x 160 μm の薄膜銀電極を、クロム/ゴールド(Cr/Au)層を用いて石英ウェハースにスパッタリングして接着しました。パッシベーション、研磨、陰極洗浄プロセスの後、電極はファラデーの電気分解法則を考慮して亜鉛酸帯電酸化を受け、銀電極の上に指定された程度のカバレッジを持つAgClの滑らかな層を形成しました。このプロトコルは、プロトコルの機能性と性能を強調する、製造されたAg/AgCl薄膜電極の表面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像の検査によって検証されます。最適に製造されていない電極は、比較のためにも製造されています。このプロトコルは、特定のインピーダンス要件を持つAg/AgCl電極を製造するために広く使用することができます(例えば、インピーダンスフローサイトメトリーやデジタル電極アレイなどのインピーダンスセンシングアプリケーション用のプローブ電極)。

図1は、80 μm x 80 μm Ag/Ag/AgCl電極を示し、このプロトコルに従って50%製造されたAgClカバレッジを設計しています。観察により、AgClパッチの面積は約68 μm x 52 μmで、AgClカバレッジの約55%に相当します。これは、プロトコルが薄膜Ag電極上のAgClカバレッジの量を細かく制御できることを示しています。作製されたAgCl層は、隣接するAgCl粒子の凝集に?...

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Fabrication of Thin Film Silver/Silver Chloride Electrodes with Finely Controlled Single Layer Silver Chloride

本論文は、薄膜銀電極の上に指定された被覆を伴う、塩化銀(AgCl)の滑らかで制御されたフィルムを形成する方法を提示することを目的とする。

細かく制御された単層塩化銀を用いた薄膜銀/塩化銀電極の製造

This paper aims to present a protocol to form smooth and well-controlled films of silver/silver chloride (Ag/AgCl) with designated coverage on top of thin ...

このプロトコルは薄膜銀電極の指定された適用範囲の塩化銀の滑らかな単層の沈着を可能にする。電極の薄膜上での単層塩化銀の被覆を精密に制御できる技術が導入されたのは初めてです。まず、イソプロパノールを使用してチップを洗浄し、その後DI水を流します。0.01モル塩酸溶液をアクリル容器に注ぎます。実験室のきれいなワイプを使用して、マクロ銀/銀塩化物参照電極ピペット外装および電極を拭きます。チップ上の薄膜銀電極が作動電極として定義されるようにチップとマクロ電極をアナライザに接続し、マクロ銀/塩化銀参照電極を参照電極と定義し、ベアマクロ銀銀・塩化銀電極を対極と定義します。マクロ電極を容器に入れます。マクロ電極を固定するために、コンテナの蓋としてBlu-Tackを使用してください。セットアップをファラデーケージに入れます。CHI660Dソフトウェアで、ウィンドウの左上隅にある設定タブをクリックします。次に、電極の陰極洗浄を行う技術、アンペロメトリックIT曲線およびOKをクリックする。ポップアップメニューで、陰極クリーニングのパラメータを変更します。初期電圧をマイナス 1.5、サンプル間隔を 0.1 秒、実行時間を 900 秒、静かな時間をゼロ秒、実行中のスケールを 1 として設定します。80マイクロメートル×80マイクロメートルの電極の場合、感度を1 eマイナス006に設定します。[OK] をクリックします。メニューバーの下にある開始アイコンを押して、プロセスを開始します。実験を実行して終了します。ファラデーケージを開き、マクロリファレンスと対電極を取り外し、乾かします。使用した電解液を廃液に注ぎ、DI水を用いてアクリル容器を洗い流します。0.1モル塩化カリウム溶液をアクリル容器に注ぎます。チップ上の洗浄された薄膜銀電極が作動電極として定義されるようにチップとマクロ電極をアナライザに接続し、マクロ銀/塩化銀参照電極を参照電極と定義し、ベアマクロ銀/塩化銀電極を対極と定義します。マクロ電極を容器に入れます。マクロ電極を固定するために、コンテナの蓋としてBlu-Tackを使用してください。セットアップをファラデーケージに入れます。CHI660Dソフトウェアでは、ウィンドウの左上隅にある設定タブをクリックし、テクニック、クロノポテンシオメトリー、OKをクリックして、銀電極上で塩化銀単層の亜鉛化を行います。ポップアップメニューで、パラメータを変更します。陰極電流をゼロアンプに設定します。薄膜電極に印加される電流密度が1平方センチメートル当たり0.5ミリアンペアとなるようなアノディック電流を設定する。ハイエンドの低電圧制限とホールド時間をデフォルトのままにします。陰極の時間を 10 秒に設定します。必要な塩化銀の適用範囲の程度を達成するために対応するアノディック時間を設定します。初期極性をアノディック、データ保存間隔を 0.1 秒、セグメント数を 1 秒、現在のスイッチング優先順位を時間として設定します。サンプル間隔が 0.0005 秒以上の場合は、補助信号記録をオフにします。[OK] をクリックします。メニューバーの下にある開始アイコンを押して、プロセスを開始します。実験を実行して終了します。ファラデーケージを開き、マクロリファレンスと対電極を取り外し、表面を拭き取ります。マクロ電極を3.5モル塩化カリウム溶液に沈めて保管してください。その後、使用した電解液を廃液に捨て、DI水を用いてアクリル容器を洗い流します。パラフィンフィルムを使用してアクリル容器の開口部を覆い、使用する準備が整うまでカバーします。この画像は、50%の塩化銀濃度を設計した80マイクロメートル、80マイクロメートルの銀/塩化銀電極を示し、隣接する塩化銀粒子の塊があったが、積み重ねられた塩化銀粒子は観察されなかった。特徴的な銀/塩化銀の交差点が見えました。薄膜銀・塩化銀電極の製造例を、ここに示す。80マイクロメートルx80マイクロメートルの電極は、指定された銀塩化率70%と30%の銀塩化物被覆率を有し、160マイクロメートルx160マイクロメートルの電極と共に、指定された銀塩化物被覆率75%と90%の電極を、研磨電極表面と研磨されていない電極表面としている。研磨されていない電極については、表面に指状の構造が認められ、研磨電極表面は研磨工程によって生じる軽微な傷跡で滑らかである。ここでは、50%の設計された塩化銀のカバレッジを持つ80マイクロメートルの銀/塩化銀電極によって研磨されていない80マイクロメートルが形成された塩化銀は、外側に突き出るのではなく内側に凹んでいるように見えました。異なる表面積の電極上に塩化銀層を形成する場合、同じ電流密度を維持するために適用電流を再調整することを忘れないでください。このプロトコルは、以前の研究としてインピーダンスセンシング用に割り当てられた薄膜銀/塩化銀電極を研究者が可能にし、銀/銀塩化物電極インピーダンスは塩化銀のカバレッジに依存することを実証しました。

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