[发明专利]在含有疏水性的硅柱的硅片表面构筑微电极对阵列的方法

说明书

技术领域

本发明属于电子电路领域，特别涉及在含有疏水性的硅柱的硅片表面上形成大面积定向排列的纳米导线，从而构筑微电极对阵列的方法。

背景技术

微电极是指电极的一维尺寸为微米级(1×10^-6m)至纳米(1×10^-9m)级的一类电极。当电极的一维尺寸从毫米级降低至微米级时，表现出许多优良的电化学特性，例如微电极不仅因为电极微小而有利于在体分析，更重要的是，它具有常规电极无可比拟的优点，即极高的稳态电流密度、极短的响应时间、极化电流小、欧姆压降小、传质速度高、信噪比大，可用于瞬态电极过程研究、高阻抗电解质和流动体系。微电极阵列是指由多个微电极集束在一起所组成的外观单一的电极，其电流是各个单一电极电流的加和，这类电极保持了原来单一电极的特性，又可以获得较大的电流强度，提高了测量的灵敏度。

近年来，微电极阵列由于在微电子电路、生物传感器、微流体等流域具有广泛的应用，引起了人们的普遍重视。目前，制备微电极阵列的方法主要是国外的top-down技术，即使用聚焦激光刻蚀硅片从而制备出微型的电极对阵列(Clendenning SB，Aouba S，Rayat MS，Grozea D，Sorge JB，Brodersen PM.Adv.Mater.先进材料，2004年，16期，215页)。但是这类方法需要昂贵并且复杂的制备仪器，并且制备样品需要的时间长、效率低。另一类使用的是湿化学法(溶剂挥发自组装的技术)，(Ryu DY，Shin K，DrockenmullerE，Hawker CJ，Russell TP.Science科学杂志，2005年，308期，236页)即将含有纳米导线的水或者有机溶剂，或者将含有能够形成纳米导线的物质的水或者有机溶剂铺展到微柱阵列的硅片电极表面，随着水或者有机溶剂的快速挥发，纳米导线会自组装到微柱阵列的电极顶端。这类方法克服了制备微电极对阵列需要时间长的缺点，但是组装的效果不理想，经常有缺陷并且由于表面粘附的原因形成局部区域的缺陷。因此，微电极阵列的生产中需要一种快速、大面积、无粘附、纳米导线尺度可调控的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在疏水性微加工硅片的表面上形成大面积定向排列的直径为纳米级的纳米导线，从而构筑微电极对阵列的方法；该方法能够调节所述纳米导线的粗细、长短及空间排列方式。

本发明的在含有疏水性的硅柱的硅片表面构筑微电极对阵列的方法包括以下步骤：

(1)将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片浸泡到含有氟硅烷的有机溶剂中，或将表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片放入到氟硅烷蒸汽的环境中，或将氟硅烷溶液直接滴加到表面含有亲水性的硅柱阵列的硅片表面；使所述的硅片与氟硅烷分子进行接枝反应，将氟硅烷分子修饰到所述的硅片表面，得到含有疏水性的硅柱阵列的硅片；

(2)驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面，即可大面积、快速地在构成所述疏水性的硅柱阵列中的相邻的两个硅柱的顶端上形成定向(方向可控)排列的直径为纳米级的纳米导线，并由该纳米导线连接该两个硅柱，形成由所述纳米导线连接该两个硅柱构成的微电极对；多个所述的微电极对构成所述的微电极对阵列(如图1所示)。

本发明中的所述的硅柱由于是疏水性的，水溶液不会浸润硅柱，只会在硅柱顶端停留；当水溶液流过硅柱时，由于表面的粘附力存在，随着水分的蒸发，会在相邻的两个硅柱的顶端拉成直径为纳米级的纳米导线，如图1所示。

所述的驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液流经疏水性的硅柱阵列的顶端表面的流速是0.1-5cm/s。

所述的驱使的方法可以是利用重力作用驱使含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面；也可以是利用粘附诱导方法，通过具有更大粘附力的小棒诱导含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面(由于硅柱是疏水性的，对于水粘附力小，所以用普通的小棉棒就能粘附水滴移动)；也可以是利用磁场这种物理场效应技术驱动含有形成纳米导线的物质的水溶液匀速定向的流经步骤(1)得到的硅片上的疏水性的硅柱阵列的顶端表面(由于水溶液中含有形成纳米导线的物质，这是顺磁形的物质(如：PSS-PEDOT这种聚合物含有三价铁，有弱顺磁性)，可以用磁场诱导)。

所述的含有形成纳米导线的物质的水溶液的质量浓度为1×10^-9％-20％。