MEMS神經(jīng)元微探針.pdf

1、MEMS神經(jīng)元探針是研究神經(jīng)系統(tǒng)的有力工具，是神經(jīng)修復(fù)的基本元件，是人機(jī)接口的可行方案。本文根據(jù)神經(jīng)生理研究的需要，采用MEMS技術(shù)研究了二維四針二電極神經(jīng)元無源微探針，開展了微探針的結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝制作和性能測量等工作，并將其初步應(yīng)用於復(fù)旦神經(jīng)生物研究所的SD大鼠的生理測試。μm本文研究了神經(jīng)元無源微探針的制作，克服了工藝難點(diǎn)。解決了薄膜應(yīng)力、RIE刻蝕和濕法腐蝕結(jié)構(gòu)釋放等關(guān)鍵技術(shù)。本文在這方面的主要貢獻(xiàn)是： 1．薄膜應(yīng)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(yīng)力，并采用Conventor Ware軟件進(jìn)行了仿真。微懸臂梁法和仿真結(jié)果表明上述薄膜均為壓應(yīng)力，熱生長氧化硅(5000A)的應(yīng)力大約為0.3-0.5GPa，PECVD SiO<,2>(5000A)的應(yīng)力約為0.1-0.2GPa，PECVD SiN(5000 A)接近無應(yīng)力狀態(tài)。對流片過程中出現(xiàn)的上絕緣層和Au之間的應(yīng)力不匹配進(jìn)行了有限元分析，并在工藝實(shí)

3、現(xiàn)上提出了相關(guān)的解決方案。 2．RIE刻蝕Si 采用統(tǒng)計分析的方法對刻蝕結(jié)果進(jìn)行了分析，找出了較為合適的條件，刻蝕Si的速度達(dá)到1.0-3.0μm/min。同時，首次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(cè)壁的角度，使刻蝕的側(cè)壁傾角在85°-90°。對RIE過程中，研究了金屬Al掩膜的發(fā)熱現(xiàn)象，以及由此引入的薄膜應(yīng)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(jié)構(gòu)

4、釋放在釋放過程中，提出了一種采用夾具和黑蠟結(jié)合的方法來保護(hù)正面結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)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(shè)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(jìn)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(jīng)元探針