Summary
इस पेपर का उद्देश्य पतली फिल्म सिल्वर इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर नामित कवरेज के साथ सिल्वर क्लोराइड (एजीसीएल) की चिकनी और अच्छी तरह से नियंत्रित फिल्मों को बनाने के लिए एक विधि पेश करना है।
Abstract
इस पत्र का उद्देश्य पतली फिल्म सिल्वर इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर नामित कवरेज के साथ चांदी/चांदी क्लोराइड (एजी/एजीसीएल) की चिकनी और अच्छी तरह से नियंत्रित फिल्मों के रूप में एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करना है । पतली फिल्म चांदी इलेक्ट्रोड आकार ८० μm x ८० μm और १६० μm x १६० μm एक क्रोमियम के साथ क्वार्ट्ज वेफर्स पर उड़ रहे थे/ निष्क्रियता, चमकाने और कैथोडिक सफाई प्रक्रियाओं के बाद, इलेक्ट्रोड ने सिल्वर इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर कवरेज की एक निर्धारित डिग्री के साथ एजीसीएल की चिकनी परतों के रूप में इलेक्ट्रोलिसिस के फैराडे के कानून पर विचार करने के साथ जस्ती ऑक्सीकरण किया। इस प्रोटोकॉल को गढ़े गए एजी/एजीसीएल पतली फिल्म इलेक्ट्रोड की सतह की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (एसईएम) छवियों के निरीक्षण से मान्य किया जाता है, जो प्रोटोकॉल की कार्यक्षमता और प्रदर्शन पर प्रकाश डालता है । उप-इष्टतम निर्मित इलेक्ट्रोड तुलना के लिए भी गढ़े जाते हैं। इस प्रोटोकॉल का व्यापक रूप से विशिष्ट बाधा आवश्यकताओं के साथ एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, बाधा प्रवाह साइटोमेट्री और इंटरडिजिटेड इलेक्ट्रोड सरणी जैसे अनुप्रयोगों को संवेदन करने के लिए इलेक्ट्रोड की जांच करना)।
Introduction
एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री के क्षेत्र में सबसे ज्यादा इस्तेमाल होने वाले इलेक्ट्रोड में से एक है । इसका सबसे अधिक उपयोग इलेक्ट्रोकेमिकल सिस्टम में संदर्भ इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है क्योंकि इसकी निर्माण में आसानी, गैर-विषैली संपत्ति और स्थिर इलेक्ट्रोड क्षमता1,,2,,3,,4,,5,,6।
शोधकर्ताओं ने एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड के तंत्र को समझने का प्रयास किया है । इलेक्ट्रोड पर क्लोराइड नमक की परत इलेक्ट्रोलाइट युक्त क्लोराइड में एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड की विशेषता रेडॉक्स रिएक्शन में एक मौलिक सामग्री पाई गई है। ऑक्सीकरण पथ के लिए, इलेक्ट्रोड की सतह पर अपूर्णता स्थलों पर चांदी घुलनशील एजीसीएल परिसरों के रूप में समाधान में क्लोराइड आयनों के साथ जोड़ती है, जिसमें वे एजीसीएल के रूप में वर्षा के लिए इलेक्ट्रोड की सतह पर जमा एजीसीएल के किनारों को फैलाना। कटौती पथ में इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल का उपयोग करके घुलनशील एजीसीएल परिसरों का गठन शामिल है। परिसर चांदी की सतह को फैलाते हैं और चांदी के 7,8को वापस कम करदेतेहैं ।
एजीसीएल लेयर का आकृति विज्ञान एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड की भौतिक संपत्ति में एक निर्णायक प्रभाव है। विभिन्न कार्यों से पता चला है कि सतह का बड़ा क्षेत्र संदर्भ एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड बनाने के लिए महत्वपूर्ण है जिसमें अत्यधिक प्रजनन योग्य और स्थिर इलेक्ट्रोड क्षमता9,10,11,,12है । इसलिए शोधकर्ताओं ने एक बड़े सतह क्षेत्र के साथ एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड बनाने के तरीकों की जांच की है । शराब बनानेवाला एट अल की खोज की है कि लगातार वोल्टेज के बजाय लगातार वर्तमान का उपयोग करने के लिए एजी11बनाने/ सफारी एट अल ने सिल्वर इलेक्ट्रोड की सतह पर एजीसीएल गठन के दौरान बड़े पैमाने पर परिवहन सीमा प्रभाव का लाभ उठाया ताकि उनके ऊपर एजीसीएल नैनोशीट बनाई जा सके, जिससे एजीसीएल परत के सतह क्षेत्र में काफीवृद्धि हुई।
संवेदन अनुप्रयोगों के लिए एजीसीएल इलेक्ट्रोड डिजाइन करने की प्रवृत्ति बढ़ रही है। इलेक्ट्रोड को संवेदन करने के लिए कम संपर्क बाधा महत्वपूर्ण है। इस प्रकार, यह समझना महत्वपूर्ण है कि एजीसीएल की सतह कोटिंग इसकी बाधा संपत्ति को कैसे प्रभावित करेगी। हमारे पिछले शोध से पता चला है कि सिल्वर इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल कवरेज की डिग्री का इलेक्ट्रोड/इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस13की बाधा विशेषता पर निर्णायक प्रभाव पड़ता है । हालांकि, पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड के संपर्क बाधा का सही अनुमान लगाने के लिए, एजीसीएल परत का गठन चिकनी होना चाहिए और अच्छी तरह से नियंत्रित कवरेज होना चाहिए । इसलिए, एजीसीएल कवरेज की नामित डिग्री के साथ चिकनी एजीसीएल परतों को बनाने के लिए एक विधि की आवश्यकता है। इस आवश्यकता को आंशिक रूप से पूरा करने के लिए कार्य किए गए हैं । ब्रेवर एट अल और पारगर एट अल पर चर्चा की कि एक चिकनी AgCl एक कोमल निरंतर वर्तमान का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है, चांदी इलेक्ट्रोड11, 14,14के शीर्ष पर AgCl परत गढ़ने । कटान एट अल ने अपने चांदी के नमूनों पर एजीसीएल की एक परत बनाई और अलग - अलग एजीसीएल कणों के आकार का अवलोकन किया8. उनके शोध में पाया गया कि एजीसीएल की एक परत की मोटाई 350 एनएम के आसपास है। इस काम का उद्देश्य चांदी के इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर भविष्यवाणी की बाधा गुणों के साथ AgCl की ठीक और अच्छी तरह से नियंत्रित फिल्मों के रूप में एक प्रोटोकॉल विकसित करना है।
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Protocol
1. लिफ्टऑफ का उपयोग करके सीआर/एयू आसंजन परत का निर्माण
- स्पिनकोट HPR504 एक क्वार्ट्ज वेफर पर 1.2 माइक्रोन मोटाई के सकारात्मक फोटोरेसिस्ट 5 एस के लिए 1,000 आरपीएम की प्रसार गति और 30 एस के लिए 4,000 आरपीएम की स्पिन गति का उपयोग करके।
- सॉफ्टबके क्वार्ट्ज वेफर पर फोटोरेसिस्ट को गर्म प्लेट पर 5 मिनट के लिए 110 डिग्री सेल्सियस पर।
- एक मुखौटा संरेखक का उपयोग करना, वेफर को बेनकाब करें ताकि सीआर/एयू बयान के लिए स्थान पराबैंगनी (यूवी) प्रकाश के साथ उजागर हों। एक्सपोजर पावर डेंसिटी और समय क्रमशः 16 mW/cm2 और 7.5 एस (एक्सपोजर एनर्जी डेंसिटी = 120 mJ/सेमी2)है।
- 1 मिनट के लिए सकारात्मक विरोध डेवलपर एफएचडी-5 में इसे सब्समर करके वेफर का विकास करें। विकास प्रक्रिया के बाद डिओनाइज्ड (डीआई) पानी के साथ वेफर कुल्ला करें।
- नाइट्रोजन (एन2)बंदूक का उपयोग करके वेफर को सुखा लें। वेफर को 120 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए ओवन में रखें।
- इलेक्ट्रॉन बीम (ई-बीम) वाष्पीकरण का उपयोग करके, 5 एनएम सीआर परत जमा करें, इसके बाद वेफर पर 50 एनएम एयू लेयर करें। जमा करने की दरें क्रमशः 1 Å/s और 2 Å/s/
- ई-बीम सुखाया वेफर को एक कंटेनर में रखें। अंदर एसीटोन की प्रचुर मात्रा डालो।
- ढक्कन का उपयोग करके कंटेनर को बंद करें। लिड किए गए कंटेनर को 10 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक क्लीनर में रखें या लिफ्टऑफ प्रक्रिया पूरी होने तक।
- आइसोप्रोपैनॉल (आईपीए) का उपयोग करके वेफर को फ्लश करें जिसके बाद डीआई पानी होता है। बाद में एन2 बंदूक और ओवन का उपयोग करके इसे सुखा लें।
नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
2. लिफ्टऑफ का उपयोग करके आसंजन परत पर पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड का निर्माण
- स्पिनकोट AZ P4620 7 माइक्रोन मोटाई के सकारात्मक फोटोरेसिस्ट 5 एस के लिए 1,000 आरपीएम की प्रसार गति और 30 एस के लिए 4,000 आरपीएम की स्पिन गति का उपयोग करके वेफर पर 7 माइक्रोन मोटाई का उपयोग करते हैं।
- सॉफ्टबके वेफर पर फोटोरेसिस्ट 90 डिग्री सेल्सियस पर 450 एस के लिए एक गर्म थाली पर।
- एक मुखौटा संरेखक का उपयोग करना, वेफर को बेनकाब करें जैसे कि एजी बयान के लिए स्थान यूवी के साथ उजागर होते हैं। एक्सपोजर पावर डेंसिटी और समय क्रमशः 16 mW/cm2 और 45 s (एक्सपोजर एनर्जी डेंसिटी = 720 mJ/सेमी2)है।
- 2 मिनट के लिए एफएचडी-5 में इसे सबमर्स करके वेफर विकसित करें विकास प्रक्रिया के बाद डीआई पानी के साथ वेफर कुल्ला करें।
- एन2 बंदूक का उपयोग करके वेफर को सुखा लें। वेफर को 120 डिग्री सेल्सियस पर 5 मिनट के लिए ओवन में रखें।
- वेफर पर एक 1 माइक्रोन एजी परत धूम। स्पंदन दर ~ 86 एनएम/न्यूनतम है ।
- एक कंटेनर में उड़ वेफर रखें। अंदर एसीटोन की प्रचुर मात्रा डालो।
- ढक्कन का उपयोग करके कंटेनर को बंद करें। लिड किए गए कंटेनर को 10 मिनट के लिए अल्ट्रासोनिक क्लीनर में रखें या लिफ्टऑफ प्रक्रिया पूरी होने तक।
- आईपीए का उपयोग कर वेफर फ्लश DI पानी के बाद । बाद में एन2 बंदूक और ओवन का उपयोग करके इसे सुखा लें।
3. केवल इलेक्ट्रोड और संपर्क पैड का पर्दाफाश करने के लिए वेफर का Passivation
- प्लाज्मा संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (पीईसीवीडी) का उपयोग करके 2 माइक्रोन सिलिकॉन डाइऑक्साइड(एसआईओ 2)परत के साथ पूरी वेफर सतह को पासिवेट करें।
- Passivate एक छोटे सिलिकॉन डमी नमूना (एक सिलिकॉन वेफर टुकड़ा) एक साथ वेफर एक साथ ।
- डमी नमूने की ऑक्साइड परत की मोटाई को मापें।
नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
- स्पिनकोट AZ 5214E 1.4 माइक्रोन मोटाई के दोहरे टोन फोटोरेसिस्ट 5 एस के लिए 1000 आरपीएम की प्रसार गति और 30 s के लिए 3000 आरपीएम की स्पिन गति का उपयोग करके वेफर पर।
- सॉफ्टबके वेफर पर फोटोरेसिस्ट को 90 डिग्री सेल्सियस पर 150 एस के लिए गर्म प्लेट पर।
- एक मुखौटा संरेखक का उपयोग करना, वेफर को बेनकाब करें जैसे पैड खोलने के लिए स्थान यूवी के साथ उजागर होते हैं। एक्सपोजर पावर डेंसिटी और समय क्रमशः 16 एमडब्ल्यू/सेमी2 और 2.25 एस (एक्सपोजर एनर्जी डेंसिटी = 36 एमजे/सेमी2)है।
- 75 एस के लिए एफएचडी-5 में इसे सबमर्स करके वेफर विकसित करें विकास प्रक्रिया के बाद डीआई पानी के साथ वेफर कुल्ला करें।
- संक्षेप में एन2 बंदूक का उपयोग कर वेफर सुखाने के बाद, आगे सूखी और मुश्किल 120 डिग्री सेल्सियस पर 15 मिनट के लिए एक ओवन में वेफर सेंकना।
- अवांछित फोटोरेसिस्ट को पूरी तरह से हटाने सुनिश्चित करने के लिए प्लाज्मा आशेर का उपयोग करके 1 मिनट के लिए वेफर पर फोटोरेसिस्ट का अपमान करें।
- पतली फिल्म इलेक्ट्रोड और संपर्क पैड का पर्दाफाश करने के लिए वेफर और डमी नमूने पर प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी प्रदर्शन करते हैं।
- थोड़े समय के लिए नक़्क़ाशी प्रक्रिया (जैसे, 5-10 मिनट) के लिए नक़्क़ाशी प्रक्रिया करने के बाद, ऑपरेशन बंद करो और डमी नमूना बाहर ले।
- डमी नमूने के शीर्ष पर ऑक्साइड परत की मोटाई को मापें। इसकी तुलना चरण 3.1.2 में प्राप्त परिणाम से करें।
- 10% ओवरईच प्राप्त करने के लिए नक़्क़ाशी अवधि को ठीक करने के लिए मशीन के एसआईओ2 नक़्क़ाशी की दर की गणना करें।
- डमी नमूने के बिना नक़्क़ाशी प्रक्रिया जारी रखें।
- 30 मिनट के लिए प्लाज्मा एशिंग द्वारा नक़्क़ाशीदार वेफर पट्टी का विरोध करें, इसके बाद 5 मिनट के लिए 70 डिग्री सेल्सियस पर एक सकारात्मक फोटोरेसिस्ट स्ट्रिपर MS2001 स्नान करें।
- डीआई पानी का उपयोग करके वेफर को फ्लश करें। एन2 बंदूक और ओवन का उपयोग कर वेफर सूखी।
नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
4. पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड (चिप) के निर्माण के लिए तैयारी
- पासा विभिन्न परीक्षण चिप्स प्राप्त करने के लिए वेफर काट दिया।
- ठीक सैंडपेपर का उपयोग कर चिप्स पर इलेक्ट्रोड सतहों पॉलिश।
- आगे के चरणों में इंटरफेसिंग उद्देश्यों के लिए एक बाहरी मुद्रित सर्किट बोर्ड के लिए चिप पर संपर्क पैड बांड ।
- 3डी-पतली फिल्म इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट को पकड़ने के लिए एक ऐक्रेलिक खोखले आयताकार कंटेनर प्रिंट करें। आयताकार कंटेनर के आयामों को आराम से शून्य के अंदर एक तार और एक पिपेट की नियुक्ति की अनुमति नी चाहिए।
- पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन (पीडीएमएस) प्रीपॉलिमर और इसके इलाज एजेंट को अच्छी तरह से मिलाएं। अनुपात 10:1 होना चाहिए।
नोट: उच्च गुणवत्ता वाले पीडीएमएस उपकरणों को प्राप्त करने के लिए पीडीएमएस मिश्रण को डीगैस करना बहुत आम है; हालांकि, इस मामले में इसकी आवश्यकता नहीं है क्योंकि मिश्रण केवल चिपकने वाले के रूप में उपयोग किया जाता है। - एक्रेलिक कंटेनर को डिकेड चिप पर इस तरह रखें कि सिल्वर के सभी इलेक्ट्रोड कंटेनर की गुहा के अंदर हों।
- टूथपिक या बारीक रॉड का इस्तेमाल करते हुए बाहरी किनारे पर अनसिक्योर पीडीएमएस मिश्रण को धब्बा लगाएं जहां कंटेनर और चिप एक-दूसरे को छूते हैं ।
- ध्यान से एक फ्लैट गर्म थाली पर चिप जगह है और 80 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए PDMS इलाज या जब तक कंटेनर सुरक्षित रूप से चिप पर चिपका है।
5. पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड (अभिकर् प) के निर्माण के लिए तैयारी
- डीआई पानी और केंद्रित हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) का उपयोग करके, 0.01 एम एचसीएल समाधान प्राप्त करें।
- डीआई पानी और पोटेशियम क्लोराइड (केसीएल) पाउडर का उपयोग करके, 3.5 एम केसीएल समाधान और 0.1 एम केसीएल समाधान प्राप्त करें।
नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
6. पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड (मैक्रो इलेक्ट्रोड) के निर्माण के लिए तैयारी
- चांदी के कुछ तार काट दिए।
- ठीक सैंडपेपर के साथ चांदी के तारों की सतह पॉलिश।
- 1 घंटे के लिए घरेलू ब्लीच में चांदी के तारों का 80% सबमर्स।
नोट: तार का रंग चांदी से गहरे बैंगनी में बदल जाएगा। इससे चांदी के तार की सतह पर एजीसीएल का गठन होने का पता चलता है। - एजी/एजीसीएल तार को डीआई वाटर से फ्लश करें।
- एक एजी/एजीसीएल संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाओ एजी/AgCl तारों में से एक का उपयोग कर Hassel एट अल को संदर्भित15संशोधनों के साथ ।
नोट: संशोधन एक ग्लास केशिका के बजाय एक पिपेट का उपयोग कर रहे हैं, इलेक्ट्रोलाइट के रूप में 3.5 एम केसीएल का उपयोग कर रहे हैं, बहुलक ब्लॉक और सोने चढ़ाया कनेक्टर खुदाई और पैराफिल्म के साथ इसे बदलने। - एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड को 3.5 एम केसीएल समाधान में सबमर्सिबल करके स्टोर करें। सुनिश्चित करें कि चांदी का हिस्सा समाधान के संपर्क में नहीं आता है।
- एजी/एजीसीएल तारों के कई टुकड़ों को काटकर स्टेप 5.2 में उल्लिखित केसीएल समाधानों में डाल दिया।
नोट: प्रोटोकॉल यहां रोका जा सकता है ।
- एजी/एजीसीएल तारों के कई टुकड़ों को काटकर स्टेप 5.2 में उल्लिखित केसीएल समाधानों में डाल दिया।
7. माइक्रो एजी इलेक्ट्रोड की कैथोडिक सफाई
नोट: निम्नलिखित प्रक्रियाओं के सभी CHI660D इलेक्ट्रोकेमिकल एनालाइजर/वर्कस्टेशन और उसके साथ सॉफ्टवेयर का उपयोग करें ।
- डीआई पानी के बाद आईपीए का उपयोग कर चिप फ्लश।
- ऐक्रेलिक कंटेनर में 0.01 एम एचसीएल समाधान डालें।
- मैक्रो एजी/एजीसीएल रेफरेंस इलेक्ट्रोड के पिपेट बाहरी (स्टेप ६.५ में गढ़े गए) और एक मैक्रो एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड (स्टेप ६.३ में गढ़े गए) को प्रयोगशाला क्लीन वाइप्स का इस्तेमाल करके सुखा लें ।
- चिप और मैक्रो इलेक्ट्रोड को एनालाइजर से इस तरह कनेक्ट करें कि चिप पर एक पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड को वर्किंग इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है, मैक्रो एजी/एजीसीएल रेफरेंस इलेक्ट्रोड को रेफरेंस इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है, और नंगे मैक्रो एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड को काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है ।
- मैक्रो इलेक्ट्रोड को कंटेनर में रखें। मैक्रो इलेक्ट्रोड को एंकर करने के लिए कंटेनर के ढक्कन के रूप में ब्लू-टैक का उपयोग करें।
- सेटअप को फैराडे पिंजरे में रखें।
- CHI660D सॉफ्टवेयर में, खिड़की के शीर्ष बाएं कोने पर सेटअप टैब पर क्लिक करें। फिर क्लिक करें तकनीक । एम्पेरोमेट्रिक आई-टी वक्र । इलेक्ट्रोड की कैथोडिक सफाई करने के लिए ठीक है।
- पॉप-अप मेनू में, कैथोडिक सफाई के लिए मापदंडों को संशोधित करें।
- Init E (V) के रूप में -1.5सेट करें।
- नमूना अंतराल (सेकंड) को 0.1 (डिफ़ॉल्ट) केरूप में सेट करें।
- ९००के रूप में रन टाइम (सेकंड) सेट करें ।
- शांत समय (सेकंड) 0 (डिफ़ॉल्ट)होने के लिए सेट करें ।
- 1 (डिफ़ॉल्ट)के रूप में चलाने के दौरान तराजू सेट करें ।
- संवेदनशीलता (ए/वी) को उचित रूप से सेट करें। 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन इलेक्ट्रोड के लिए, इसे 1e-006के रूप में सेट करें।
- ठीक हैप्रेस । मेनू बार के तहत स्टार्ट आइकन दबाकर प्रक्रिया शुरू करें।
- प्रयोग को चलने दें और खत्म करें।
- फैराडे पिंजरे को खोलें।
- मैक्रो रेफरेंस और काउंटर इलेक्ट्रोड निकालें। उनकी सतहों को सूखाएं पोंछें।
- एक अपशिष्ट कंटेनर में इस्तेमाल इलेक्ट्रोलाइट डालो। डीआई पानी का उपयोग करके ऐक्रेलिक कंटेनर को फ्लश करें।
8. पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर एकल परत AgCl के निर्माण
- ऐक्रेलिक कंटेनर में 0.1 एम केसीएल समाधान डालें।
- चिप और मैक्रो इलेक्ट्रोड को एनालाइजर से इस तरह कनेक्ट करें कि चिप पर साफ की गई पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड को वर्किंग इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है, मैक्रो एजी/एजीसीएल रेफरेंस इलेक्ट्रोड को रेफरेंस इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है और नंगे मैक्रो एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड को काउंटर इलेक्ट्रोड के रूप में परिभाषित किया गया है ।
- मैक्रो इलेक्ट्रोड को कंटेनर में रखें। मैक्रो इलेक्ट्रोड को एंकर करने के लिए कंटेनर के ढक्कन के रूप में ब्लू-टैक का उपयोग करें।
- सेटअप को फैराडे पिंजरे में रखें।
- CHI660D सॉफ्टवेयर में, खिड़की के शीर्ष बाएं कोने पर सेटअप टैब पर क्लिक करें, फिर तकनीक पर क्लिक करें । क्रोनोपोपेंटियोमेट्री । चांदी के इलेक्ट्रोड पर एकल परत AgCl के जजीवनोस्टेटिक निर्माण करने के लिए ठीक है।
- पॉप-अप मेनू में, ऐसी प्रक्रिया के लिए मापदंडों को संशोधित करें।
- कैथोडिक वर्तमान (ए) को 0 (डिफ़ॉल्ट)के रूप में सेट करें।
- एनोडिक करंट (ए) को इस तरह सेट करें कि पतली फिल्म इलेक्ट्रोड पर लागू वर्तमान घनत्व ०.५ एमए/सेमी2हो ।
- उच्च और निम्न ई सीमा रखें और समय को डिफ़ॉल्ट के रूप में रखें।
- कैथोडिक टाइम (सेकंड) को 10 (डिफ़ॉल्ट)के रूप में सेट करें।
- आवश्यक एजीसीएल कवरेज की डिग्री प्राप्त करने के लिए तदनुसार एनोडिक टाइम (एसईसी) निर्धारित करें।
नोट: इलेक्ट्रोलिसिस के दूरगामी कानून के संदर्भ में, 100% कवरेज के लिए आवश्यक समय 262 एस है। आवश्यक समय कवरेज प्रतिशत के साथ रैखिक रूप से भिन्न होता है। - प्रारंभिक ध्रुवता को एनोडिकके रूप में सेट करें।
- डेटा स्टोरेज इंडीवील (सेकंड) को 0.1 (डिफ़ॉल्ट) केरूप में सेट करें।
- सेगमेंट की संख्या 1 (डिफ़ॉल्ट)के रूप में सेट करें।
- समयके रूप में वर्तमान स्विचिंग प्राथमिकता निर्धारित करें ।
- जब नमूना अंतराल और gt;= 0.0005s (डिफ़ॉल्ट) सहायक सिग्नल रिकॉर्डिंगको अनियंत्रित करें।
- ठीक हैप्रेस । मेनू बार के तहत स्टार्ट आइकन दबाकर प्रक्रिया शुरू करें।
- प्रयोग को चलने दें और खत्म करें।
- फैराडे पिंजरे को खोलें।
- मैक्रो रेफरेंस और काउंटर इलेक्ट्रोड निकालें। उनकी सतहों को सूखाएं पोंछें।
- भंडारण के लिए 3.5 एम केसीएल समाधान में मैक्रो इलेक्ट्रोड को सबमर्सिबल करें।
- एक अपशिष्ट कंटेनर में इस्तेमाल इलेक्ट्रोलाइट डालो। डीआई पानी का उपयोग कर कंटेनर फ्लश।
- आगे की प्रक्रिया के लिए पैराफिल्म का उपयोग कर एक्रेलिक कंटेनर के उद्घाटन को कवर करें।
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Representative Results
चित्रा 1 इस प्रोटोकॉल के बाद गढ़े गए 50% के डिजाइन एजीसीएल कवरेज के साथ 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड दिखाता है। अवलोकन द्वारा, एजीसीएल पैच का क्षेत्र लगभग 68 माइक्रोन x 52 माइक्रोन है, जो एजीसीएल कवरेज के लगभग 55% से मेल खाता है। इससे पता चलता है कि प्रोटोकॉल पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल कवरेज की मात्रा को बारीकी से नियंत्रित कर सकता है। एजीसीएल की परत भी बहुत चिकनी है, जैसा कि आसन्न एजीसीएल कणों के झुरमुट से स्पष्ट है। इसके अलावा, एजीसीएल की परत केवल एक ही परत है, जो खड़ी एजीसीएल कणों और एक विशिष्ट एजी/एजीसीएल चौराहे की अनुपस्थिति से साबित होती है । चित्रा 2 इस प्रोटोकॉल का उपयोग करके निर्मित पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड के अधिक सफल उदाहरण दिखाता है, जो 70% और 30% के नामित एजीसीएल कवरेज के साथ 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन इलेक्ट्रोड हैं, साथ ही 160 माइक्रोन x 160 माइक्रोन इलेक्ट्रोड के साथ 75% और 90% की नामित एजीसीएल कवरेज के साथ, इस प्रोटोकॉल की मजबूती की पुष्टि करता है।
चित्रा 1: पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड की आदर्श SEM छवि 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन के आयाम के साथ और 50% की नामित एजीसीएल कवरेज। मनाया AgCl कवरेज 55% है, प्रोटोकॉल की प्रभावशीलता का प्रदर्शन. इस आंकड़े को Tjon एट अल से संशोधित किया गयाहै। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2: विभिन्न इलेक्ट्रोड क्षेत्रों और एजीसीएल कवरेज के साथ पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड की आदर्श एसईएम छवियां। (A)70% एजीसीएल कवरेज के साथ 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन। (B)30% एजीसीएल कवरेज के साथ 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन। (C)75% एजीसीएल कवरेज के साथ 160 माइक्रोन x 160 माइक्रोन। (घ)90% एजीसीएल कवरेज के साथ 160 माइक्रोन x 160 माइक्रोन। इन आंकड़ों को तजॉन एट अल13से संशोधित किया गया है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3 एक नकारात्मक परिणाम दिखाता है जहां चमकाने के चरण को छोड़ दिया जाता है (यानी, चरण 4.2)। चित्रा 3ए एक पॉलिश इलेक्ट्रोड सतह दिखाता है जबकि चित्रा 3बी एक बिना पॉलिश इलेक्ट्रोड सतह से पता चलता है । अनपॉलिश इलेक्ट्रोड के लिए, सतह पर उंगली जैसी संरचनाएं देखी जा सकती हैं, जो चित्र 4में सचित्र हैं, जहां पॉलिश इलेक्ट्रोड सतह पॉलिशिंग प्रक्रिया के कारण मामूली खरोंच के निशान के साथ चिकनी होती है। चित्रा 5 50% के डिजाइन एजीसीएल कवरेज के साथ एक अपोलिश 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड दिखाता है। अवलोकन द्वारा, विरल रूप से कवर किए गए एजीसीएल का क्षेत्रफल केवल लगभग 40 माइक्रोन x 40 माइक्रोन है, जो स्पष्ट इलेक्ट्रोड सतह क्षेत्र का 25% है। इसके अलावा, चित्र 1 की तुलना में जहां प्रोटोकॉल ठीक से मनाया जाता है, अनपॉलिश इलेक्ट्रोड के लिए, एजीसीएल गठित बाहर की ओर फैला हुआ के बजाय अंदर की ओर अवकाश प्रतीत होता है ।
चित्रा 3: नंगे चांदी इलेक्ट्रोड के लिए SEM छवियां । (A)पॉलिश 160 माइक्रोन एक्स 160 माइक्रोन इलेक्ट्रोड(B)अनपॉलिश्ड 40 माइक्रोन x 40 माइक्रोन इलेक्ट्रोड। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4: बिना पॉलिश चांदी इलेक्ट्रोड के लिए तेजी से एसईएम छवि। उंगली जैसी संरचनाएं देखी जा सकती हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5: पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड का उप-सुक्ष्म निर्माण । पॉलिश किए बिना इलेक्ट्रोड की सतह पर गठित एजीसीएल के कवरेज की डिग्री अनुमानित मूल्य से छोटी है। इस 80 माइक्रोन x 80 माइक्रोन पतली फिल्म सिल्वर इलेक्ट्रोड के लिए डिजाइन एजीसीएल कवरेज 50% है लेकिन वास्तविक कवरेज केवल 25% है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड के भौतिक गुणों को आकृति विज्ञान और इलेक्ट्रोड पर जमा एजीसीएल की संरचना द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इस पेपर में, हमने सिल्वर इलेक्ट्रोड की सतह पर एजीसीएल की एक परत के कवरेज को ठीक से नियंत्रित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत किया। प्रोटोकॉल का एक अभिन्न हिस्सा फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के कानून का एक संशोधित रूप है, जिसका उपयोग पतली फिल्म सिल्वर इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल की डिग्री को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इसे लिखा जा सकता है:
जहां एक्स सेमी में एक एजीसीएल परत की मोटाई है (350 एनएम = 3.5 x 10-5 सेमी); पी% एजी इलेक्ट्रोड (100% = पूर्ण कवरेज) की सतह पर एजीसीएल कवरेज का प्रतिशत है; जम्मू ए/सेमी 2 (0.5 एमए/सेमी2) 2में लागू वर्तमान घनत्व है, एम एजीसीएल (143.5 ग्राम/मोल) का मोलर वजन है, टी एस (100% कवरेज के लिए 262 एस) में एनोडाइजेशन की अवधि है; एफ फैराडे का स्थिर (~ 96485 सी/ डी AgCl (5.56 जी/सेमी3)का घनत्व है। प्रोटोकॉल की सफलता सुनिश्चित करने के लिए, प्रोटोकॉल में कई महत्वपूर्ण कदम ों का पालन किया जाना चाहिए । चरण 4.2, जो पतली फिल्म सिल्वर इलेक्ट्रोड की सतह की चमकाने के बारे में है, इलेक्ट्रोड सतह पर एजीसीएल के जस्ती गठन से पहले इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र को परिभाषित करने के लिए महत्वपूर्ण है। चित्र 3 और चित्रा 4से, सतह संरचना और पतली फिल्म चांदी के इलेक्ट्रोड के खुरदरापन में अंतर स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है; बिना पॉलिश की गई चांदी की सतह में उंगली जैसी संरचनाएं होती हैं, जबकि पॉलिश की गई चांदी की सतह ज्यादातर सैंडपेपर रगड़ के कारण मामूली खरोंच के निशान के साथ चिकनी होती है। यह एक बड़ी समस्या पैदा करता है क्योंकि उंगली जैसी संरचनाएं प्रभावी रूप से इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र को बढ़ाती हैं। यह इलेक्ट्रोड के सतह क्षेत्र का निर्धारण करता है और बाद में इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल कवरेज की डिग्री असंभव हो जाता है। इसका प्रभाव चित्र 1 और चित्रा 5 में अच्छी तरह सेसचित्र है । प्रोटोकॉल के अनुरूप एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड में अच्छी तरह से नियंत्रित एजीसीएल कवरेज के साथ एजीसीएल की एक चिकनी, एकल परत है, जबकि पॉलिशिंग स्टेप को देखे बिना इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल का अधिक अनुमानित कवरेज होता है । चरण 8.6.2, जो पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल परत बनाने के लिए 0.5 एमए/सेमी 2 के निरंतर वर्तमान घनत्व के उपयोग के बारे में है, एकल परतमोटाई के साथ एक चिकनी एजीसीएल परत बनाने के लिए महत्वपूर्ण है। सतह पर मौजूदा एजीसीएल के किनारों पर नवगठित एजीसीएल जमा होता है , जिसकी ऊर्जा कम होती है7,8. यह एजीसीएल कणों को मोटा बढ़ने से पहले पहले एक परत बनाने की अनुमति देता है। हालांकि, यदि एजीसीएल परत के गैलेवनोस्टिटिक गठन के दौरान उच्च वर्तमान घनत्व लागू किया जाता है, तो नवगठित एजीसीएल के पास मौजूदा एजीसीएल किनारों के अलावा अन्य इलेक्ट्रोड पर सीधे बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा हो सकती है, जिससे एक खुरदरा एजीसीएल सतह14का निर्माण हो सकता है। इससे इलेक्ट्रोड पर एजीसीएल कवरेज की डिग्री नियंत्रित नहीं हो पाती क्योंकि ऐसी स्थिति में एजीसीएल गठन स्थलों की भविष्यवाणी नहीं की जा सकती है । इसके अलावा, यह एजीसीएल सतह क्षेत्र के निर्धारण को असंभव बनाता है क्योंकि इसका खुरदरापन सतह क्षेत्र को प्रभावित करता है, जिसे हमारे पिछले काम13में इलेक्ट्रोड की बाधा विशेषताओं को प्रभावित करने के लिए दिखाया गया था।
इस बात का निवारण करने के कई तरीके हैं कि क्या एजीसीएल की एक परत ठीक से बनती है। सबसे पहले, यह जांचने के लिए कि क्या चमकाने का कदम सफलतापूर्वक किया जाता है । नमूना चमकाने के कदम के बाद सोने की कोटिंग के बिना एक SEM माइक्रोस्कोप के तहत देखा जाना चाहिए देखने के लिए कि क्या उंगली संरचना एक चिकनी सतह की जगह है । इसके अलावा, जब इलेक्ट्रोड की सतह पूरी तरह से एजीसीएल के साथ कवर की जाती है, तो आगे गैलेवनोस्टेटिक ऑक्सीकरण सिस्टम में लागू क्षमता में अचानक वृद्धि का कारण बनेगा क्योंकि एजीसीएल के मोटा होने से एजीसीएल परत का ओमिक प्रतिरोध बढ़ जाता है। इसका उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है कि इलेक्ट्रोड की सतह पूरी तरह से एजीसीएल के साथ पहले से ही कवर की गई है या नहीं।
एजीसीएल कवरेज के अच्छे नियंत्रण के साथ पतली फिल्म एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इस विधि के उपयोग से संबंधित एक प्रमुख सीमा है । इस विधि का उपयोग करके निर्मित इलेक्ट्रोड फिर से काम करने योग्य नहीं हैं। एजीसीएल जमा परत बनाने के लिए सिल्वर इलेक्ट्रोड के गैल्वेनोस्टेटिक ऑक्सीकरण की प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रोड की सतह पर अपूर्णता की साइटें अप्रत्याशित तरीके से आकार में बढ़ेगी। यदि इलेक्ट्रोड एजीसीएल को वापस एजी में वापस लाने के लिए कम हो जाता है, तो यह गारंटी देने में असमर्थ है कि इलेक्ट्रोड सतह पर इन साइटों को वापस जिस तरह से भरा जाएगा । इसके बजाय, सतह खुरदरा हो जाएगी। यदि एक प्रयास पुनः काम के बाद रेत के कागज का उपयोग करके सतह को फिर से पॉलिश किया जाता है, तो पॉलिशिंग के दौरान सतह से कुछ चांदी हटा दी जाएगी। इसलिए, अंतर्निहित सोने की परत के उजागर होने से पहले कोई भी कुछ समय के लिए ऐसा कर सकता है।
यह विधि, जब ठेठ एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड निर्माण विधियों की तुलना में, पतली फिल्म एजी इलेक्ट्रोड की सतह पर एजीसीएल के कवरेज के ठीक नियंत्रण पर केंद्रित है, जबकि अन्य तरीके एजीसीएल की एक असुरक्षित परत बनाने पर ध्यान केंद्रित करते हैं । लेखक के ज्ञान का सबसे अच्छा से, यह पहली बार एक प्रोटोकॉल के लिए एक चांदी इलेक्ट्रोड के शीर्ष पर पतले नियंत्रित AgCl की एक परत बनाने के लिए विकसित किया गया है । यह अलग डिजाइन उद्देश्य के कारण है। अधिकांश पिछले काम उच्च इलेक्ट्रोड संभावित स्थिरता के साथ एक संदर्भ एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड को प्राप्त करने के उद्देश्य से, जबकि हमारे प्रोटोकॉल का उद्देश्य बाधा संवेदन प्रणालियों के लिए कम संपर्क बाधा के साथ संवेदन एजी/एजीसीएल इलेक्ट्रोड डिजाइन करना है, जैसे बाधा प्रवाह साइटोमीटर और इंटरडिजिटेड इलेक्ट्रोड सरणी ।
भविष्य के प्रयोगों में एक अधिक परिष्कृत चमकाने वाला कदम शामिल हो सकता है, उदाहरण के लिए एक भी चिकनी सतह को प्राप्त करने के लिए एक पॉलिशिंग सिस्टम का उपयोग करना। एजीसीएल लेयर की मोटाई और इलेक्ट्रोलिसिस के फैराडे के समीकरण के बीच मात्रात्मक संबंध का मूल्यांकन करने के लिए आगे की जांच भी की जा सकती है ।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस काम को हांगकांग की अनुसंधान अनुदान परिषद (प्रोजेक्ट नंबर N_HKUST615/14) द्वारा प्रायोजित आरजीसी-एनएसएफसी संयुक्त कोष से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था । हम डिवाइस/सिस्टम फैब्रिकेशन के लिए एचयूएसटी की नैनोसिस्टम फैब्रिकेशन फैसिलिटी (एनएफएफ) को स्वीकार करना चाहेंगे ।
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
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