MEMS神經元微探針.pdf

1、MEMS神經元探針是研究神經系統(tǒng)的有力工具，是神經修復的基本元件，是人機接口的可行方案。本文根據神經生理研究的需要，采用MEMS技術研究了二維四針二電極神經元無源微探針，開展了微探針的結構設計、工藝制作和性能測量等工作，并將其初步應用於復旦神經生物研究所的SD大鼠的生理測試。μm本文研究了神經元無源微探針的制作，克服了工藝難點。解決了薄膜應力、RIE刻蝕和濕法腐蝕結構釋放等關鍵技術。本文在這方面的主要貢獻是： 1．薄膜應力的研究

2、采用微懸臂梁法測量了熱生長氧化硅、PECVD SiO<,2>和PECVD SiN的應力，并采用Conventor Ware軟件進行了仿真。微懸臂梁法和仿真結果表明上述薄膜均為壓應力，熱生長氧化硅(5000A)的應力大約為0.3-0.5GPa，PECVD SiO<,2>(5000A)的應力約為0.1-0.2GPa，PECVD SiN(5000 A)接近無應力狀態(tài)。對流片過程中出現的上絕緣層和Au之間的應力不匹配進行了有限元分析，并在工藝實

3、現上提出了相關的解決方案。 2．RIE刻蝕Si 采用統(tǒng)計分析的方法對刻蝕結果進行了分析，找出了較為合適的條件，刻蝕Si的速度達到1.0-3.0μm/min。同時，首次用實驗驗證了Al在RIE刻蝕過程中的催化作用。提出了一種簡單易行的方法來控制刻蝕Si的側壁的角度，使刻蝕的側壁傾角在85°-90°。對RIE過程中，研究了金屬Al掩膜的發(fā)熱現象，以及由此引入的薄膜應力不匹配問題，采用了分部刻蝕方法得到解決。 3．濕法腐蝕結構

4、釋放在釋放過程中，提出了一種采用夾具和黑蠟結合的方法來保護正面結構，在釋放的最后階段采用RIE分別刻蝕每個器件所剩余的Si，解決了正面結構起伏較大(20-40μm)情況下的釋放問題，并保證了90％以匕的單步良率。 本文設計并制作的微探針長度為2.6-3mm，寬度為130-280μm，厚度為20-40μm。對探針的等效電路模型進行了研究，并且測量了探針在生理鹽水中的交流阻抗。在1KHz時，其阻抗在100K-1M歐姆，符合神經元探針