如何通过微纳加工制造电极阵列？

通过微纳加工技术制造电极阵列需要结合 光刻、薄膜沉积、刻蚀、封装等关键工艺，以下是详细的制造流程与技术要点：

1. 电极阵列制造的核心流程

（1）基底选择与预处理

材料选择：

刚性基底：硅片（半导体兼容）、玻璃（光学透明）。

柔性基底：聚酰亚胺（PI）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）（用于可穿戴/植入设备）。

预处理：

清洗（RCA标准清洗去除有机物/颗粒）。

表面活化（氧等离子处理增强薄膜附着力）。

（2）导电层沉积

薄膜沉积技术：

（3）光刻图形化

工艺步骤：

涂胶：旋涂光刻胶（正胶/负胶），厚度1-5 μm。

曝光：紫外（UV）或电子束（E-beam）曝光定义电极图案。

显影：溶解曝光区域胶层，露出待刻蚀金属。

关键参数：

分辨率：E-beam可实现<100 nm线宽（适用于高密度阵列）。

对准精度：±1 μm（多层结构需严格对准）。

（4）电极结构刻蚀

干法刻蚀（RIE/DRIE）：

金属刻蚀：Cl₂/Ar等离子体刻蚀铝/钛。

硅深刻蚀：Bosch工艺（SF₆/C₄F₈交替）制作三维针状电极（如犹他阵列）。

湿法刻蚀：

选择性刻蚀（如Au用碘化钾溶液，避免损伤底层材料）。

（5）绝缘层与封装

绝缘层沉积：

PECVD SiO₂/Si₃N₄：覆盖非工作区，防止短路。

SU-8光刻胶：定义电极暴露窗口。

柔性封装：

PDMS包裹：生物兼容性封装，保留电极活性区域。

激光切割：精确开窗暴露电极触点。

（6）互联与集成

引线键合：金线/铜线连接电极与外部电路。

倒装焊（Flip-chip）：直接对接PCB或ASIC芯片，减少寄生效应。

2. 典型电极阵列制造案例

案例1：硅基神经电极阵列（犹他阵列）

硅片刻蚀：DRIE工艺制作100个锥形针电极（高度1 mm，间距400 μm）。

金属化：溅射Ti/Pt层（200 nm）作为导电层。

绝缘：PECVD沉积SiO₂，激光开窗暴露针尖。

封装：环氧树脂固定导线，PDMS包裹基座。

案例2：柔性透明电极阵列（用于视网膜假体）

基底准备：旋涂聚酰亚胺（PI）薄膜（10 μm厚）。

图案化：光刻+湿法刻蚀ITO（氧化铟锡）透明导电层。

封装：覆盖另一层PI，激光钻孔暴露电极点。

微纳加工制造电极阵列的核心在于 “精密图形化” 和 “多功能集成”。通过材料选择（如柔性基底、生物兼容金属）、工艺优化（如高分辨率光刻、低损伤刻蚀）和封装技术（如PDMS封装）的结合，可满足从医疗植入到工业检测的多样化需求。未来趋势是 更高密度、更低创伤、智能化动态调控 的电极阵列。