Development of silicon electrode enhanced by carbon nanotube and gold nanoparticle composites on silicon neural probe fabricated with complementary metal-oxide-semiconductor process

材料科学 电极 循环伏安法 介电谱 碳纳米管 电镀 纳米颗粒 电容 纳米技术 复合材料 光电子学 电化学 图层(电子) 化学 物理化学
作者
Songsong Zhang,Wei Mong Tsang,Srinivas Merugu,Tao Sun,Navab Singh,Dim‐Lee Kwong,Chengkuo Lee
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:104 (19) 被引量:16
标识
DOI:10.1063/1.4875961
摘要

We present the fabrication of highly P-doped single crystal silicon electrodes on a silicon probe through complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS)-compatible processes. The electrode with diameter of 50 μm and a separation of 200 μm is designed for recording/stimulating purposes. Electrochemical impedance spectroscopy indicates that the interfacial impedance of silicon electrodes at 1 KHz is 2.5 ± 0.4 MΩ, which is equivalent to the result reported from the gold (Au) electrode. To further enhance the charge storage capacity, composites of multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) and Au nanoparticles are electroplated onto the highly P-doped silicon electrode after surface roughness treatments. With optimized electroplating processes, MWCNTs and Au nanoparticles are selectively coated onto the electrode site with only a minimum enlargement in physical diameter of electrode (<10%). However, the typical impedance is reduced to 21 ± 3 kΩ. Such improvement can be explained by a boost in double-layer capacitance (Cdl) and the reduction in faradic resistances. The measurement of cyclic voltammetry (CV) shows that the cathodal charge storage capacity is up to 35 mC cm−2, which proves the superior performance of composite coatings on silicon electrodes and validates the functionality of reported CMOS-compatible silicon probe.
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