用微纳加工工艺制备的叉指电极，灵敏度高、应用广泛

什么是叉指电极

叉指电极是如指状或梳状的面内有周期性图案的电极，这种电极被用来产生与可穿透材料样品和敏感涂层的电场相关的电容。它是通过电化学工艺加工获得的超精细电路，被广泛应用于非破坏性测试、电子通讯、化学测试等多个领域。

对于叉指电极的形状、尺寸、加工工艺、材料的选择、建模分析、系统集成以及数据的分析都有不同的要求，因此对于不同的领域我们应该区分对待。例如，电极材料对于阻抗系统的灵敏度和选择性是至关重要的。微叉指电极传感器大都用硅、石英或玻璃作为基底，用金、铂、铝、银、氧化铟锡、FTO导电玻璃、钛、 铬、碳等作为电极材料。电极材料的选择与电极的应用、检测介质的成分和检测环境对材料的影响以及制造工艺的可行性相关，需根据实际应用情况进行选择。

叉指电极的工作原理

电化学传感器通过与被测目标分析物发生反应，并产生与目标分析物浓度成比例的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极和反电极组成，并有一个薄电解层隔开。在环境监测中，可以在电化学传感器的电极之间生长可与目标分析物发生反应并发生阻值变化的捕获物，通过检测捕获物的电阻值变化，实现检测环境中大部分有毒有害生物化学物质的目的。电化学传感器通常具有操作简单、仪器成本低等特点。除此之外，电化学传感器可以与各种先进的微机电系统制造技术联用，从而实现大规模的批量生产，并且可以实现小型化从而降低成本。

影响叉指电极的参数

叉指电极传感器主要包括四个结构参数，分别为：叉指电极对的对数、叉指宽度、相邻叉指之间的间隙距离以及叉指电极的厚度。这四个参数对基于叉指电极的生化传感器关键性能指标都有很大影响。通过分析叉指电极阻值的计算公式可发现，叉指的长宽比越大，叉指的密度越大，叉指电极的初始电阻越小，从而传感器的灵敏度和响应速度就会越高。当叉指电极结构尺寸减小到微米量级以下，叉指电极结构间的微弱的电阻变化可以被灵敏地检测到，叉指电极传感器的灵敏度得以显著提高。

制造工艺

（1）清洗玻璃片。玻璃衬底的洁净度对生长于其上的薄膜的黏附性影响非常大。由于后续工艺流程中含有在酸性溶液中的湿法腐蚀等工艺，所以在第一步工艺中尽量把玻璃衬底清洗干净。

（2）铬金薄膜的蒸镀生长。以采用铬、金材料制作的叉指电极结构为例，首先需要在玻璃衬底上生长一层均匀覆盖的薄膜。将上一步工艺过程中清洗好的玻璃片放入电子束蒸发镀膜机中，抽真空后，先蒸镀 50 厚度的铬金属层，再蒸镀1000Å 厚度的金层，最后升温到 300℃进行热处理以增强铬金层的黏附性。

（3）紫外光刻。首先利用匀胶机在玻璃衬底表面旋涂一层均匀的光刻胶，厚度大约为 1~2μm，然后利用光刻机设备以及已制备好叉指电极图形的光刻板在玻璃片表面进行紫外曝光工艺，然后在显影液中显影得到掩模图形。完成光刻后，在铬金金属薄膜表面上就形成光刻胶的电极图案。

（4）湿法腐蚀。在光刻胶的保护下，用金腐蚀液腐蚀金膜，再用铬腐蚀液腐蚀铬膜，得到电极图形。去除在金属电极表面的光刻胶掩模，完成叉指电极基底的制造。