基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法与流程

本发明属于半导体，涉及一种基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法。

背景技术：

1、在脑科学和神经科学的研究中，神经电生理信号(如脑皮层电图ecog、局部场电位lfp、动作电位ap等)是领域内研究者分析、研究的主要对象之一。在分析研究之前，最重要的任务是如何有效地把这些信号检测、提取出来。要想得到长期稳定、高质量的神经电生理信号，需要通过植入式神经电极结构获取高质量的脑电信号。

2、柔性神经电极在生物兼容性和长期稳定记录上的表现强于硬质电极结构。而当前的柔性神经电极通常使用光刻、显影、镀膜、剥离等传统半导体制备方法制备，在实现高密度、线路长的导线层时通常因为掩膜版制造等问题而受到局限，且制备时易产生导线短路而导致器件功能丧失。另外，基于半导体制备的图形只能在二维平面结构的尺度上构建，无法在特定位置形成所需的三维结构。

3、当前，多种激光技术已经整合进入许多重要的半导体工艺中，受母版推动的包括激光切割、通孔、焊接/接合、剥离、标记、图案形成、测量、沉积，它们广泛用于加工半导体器件，高密度互联(hdi)印刷电路板(pcb)，以及集成电路(ic)封装应用等，而飞秒激光以其制备精度高、热效应小、损伤阈值低和可以对透明材料实现三维微制备等优点在当代微制造领域中独树一帜，并且在近几年工业界越来越受重视，其特殊的冷加工和非线性吸收机理使得激光加工对材料的适用性大大增强。一方面，飞秒激光采用的场效应进行加工，不仅可以达到更高的精度，并且不会对材料表面造成损伤，理论上讲整个加工过程不产生热，因此称为“冷加工”；另一方面飞秒激光瞬时功率非常高，可以直接使材料电离，打断材料的分子键。基于上述特点，飞秒激光在精细加工方面的极具优势，不仅可以实现超高的加工精度，并且由于无损加工，可以达到很高的表面精度和质量。飞秒激光加工不仅对超硬、耐高温等众多传统方式难以加工的材料具有极好的适用性，同时可以加工一些极其复杂的微结构，目前其产业化应用已经越来越广泛，比如半导体行业，电子消费领域等。飞秒激光直写制备有望为我们提供一种重要的高密度和高通量的无掩膜微纳制备技术，在微电子制备中具有重要应用。

4、因此，提供一种基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法，实属必要。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法，用于解决现有技术中柔性神经电极的制备局限性问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，所述柔性神经电极划分为探测区及采集区，制备方法包括以下步骤：

3、提供衬底；

4、于探测区中的所述衬底上形成牺牲层；

5、形成第一柔性绝缘介质层，所述第一柔性绝缘介质层覆盖所述牺牲层及采集区中的所述衬底；

6、于采集区中的所述第一柔性绝缘介质层上形成采集电极阵列；

7、利用飞秒激光直写在所述第一柔性绝缘介质层上形成导线，所述导线的第一端与所述采集电极阵列连接；

8、形成第二柔性绝缘介质层，所述第二柔性绝缘介质层覆盖所述导线及所述采集电极阵列；

9、图形化所述第二柔性绝缘介质层及所述第一柔性绝缘介质层，暴露采集区中的所述采集电极阵列，以及于探测区形成探测电极沟槽，且所述探测电极沟槽显露所述牺牲层及所述导线的第二端；

10、于所述探测电极沟槽内形成探测电极阵列，且所述探测电极阵列与所述导线的第二端连接；

11、去除所述牺牲层形成空腔；

12、去除位于所述空腔下方的所述衬底，获得所述柔性神经电极。

13、可选地，利用飞秒激光直写形成的所述导线的宽度为100nm～1000nm。

14、可选地，利用飞秒激光直写形成的所述导线的步骤包括：

15、于所述第一柔性绝缘介质层上形成光刻胶层；

16、采用飞秒激光对所述光刻胶层进行图形化；

17、沉积金属，并去除所述光刻胶层，形成所述导线。

18、可选地，形成所述探测电极沟槽后及形成所述探测电极阵列前，还包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽进行预处理的步骤，以改善所述探测电极沟槽的表面附着性。

19、可选地，对所述探测电极沟槽进行的预处理包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽在纵向上进行倒梯形结构的处理。

20、可选地，对所述探测电极沟槽进行的预处理还包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽进行表面粗糙化的处理。

21、可选地，所述第一柔性绝缘介质层包括pi、pdms、su-8或派瑞林；所述第二柔性绝缘介质层包括pi、pdms、su-8或派瑞林。

22、可选地，探测区中，形成的所述第一柔性绝缘介质层的厚度包括400nm～10μm，形成的所述第二柔性绝缘介质层的厚度包括400nm～10μm。

23、可选地，所述牺牲层包括镍牺牲层或铝牺牲层，去除所述牺牲层形成空腔的方法包括湿法刻蚀。

24、可选地，形成的所述采集电极阵列包括球状引脚栅格阵列或金属垫阵列。

25、本发明还提供一种柔性神经电极，该柔性神经电极为采用上述任一制备方法制备。

26、如上所述，本发明的基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法，将mems工艺与飞秒激光加工制造相结合，可无掩膜形成高密度、线路长的导线，以得到高加工精度、高成品率、高密度、高通量、具有三维结构的柔性神经电极，可消除mems工艺的局限性，扩大柔性神经电极的应用。

技术特征：

1.一种基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于，所述柔性神经电极划分为探测区及采集区，制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：利用飞秒激光直写形成的所述导线的宽度为100nm～1000nm。

3.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：利用飞秒激光直写形成的所述导线的步骤包括：

4.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：形成所述探测电极沟槽后及形成所述探测电极阵列前，还包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽进行预处理的步骤，以改善所述探测电极沟槽的表面附着性。

5.根据权利要求4所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：对所述探测电极沟槽进行的预处理包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽在纵向上进行倒梯形结构的处理。

6.根据权利要求4所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：对所述探测电极沟槽进行的预处理还包括利用飞秒激光对所述探测电极沟槽进行表面粗糙化的处理。

7.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：所述第一柔性绝缘介质层包括pi、pdms、su-8或派瑞林；所述第二柔性绝缘介质层包括pi、pdms、su-8或派瑞林。

8.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：探测区中，形成的所述第一柔性绝缘介质层的厚度包括400nm～10μm，形成的所述第二柔性绝缘介质层的厚度包括400nm～10μm。

9.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：所述牺牲层包括镍牺牲层或铝牺牲层，去除所述牺牲层形成空腔的方法包括湿法刻蚀。

10.根据权利要求1所述的基于飞秒激光制备柔性神经电极的方法，其特征在于：形成的所述采集电极阵列包括球状引脚栅格阵列或金属垫阵列。

11.一种柔性神经电极，其特征在于：采用如权利要求1-10中任一制备方法制备所述柔性神经电极。

技术总结本发明提供一种基于飞秒激光制备的柔性神经电极及方法，将MEMS工艺与飞秒激光加工制造相结合，可无掩膜形成高密度、线路长的导线，以得到高加工精度、高成品率、高密度、高通量、具有三维结构的柔性神经电极，可消除MEMS工艺的局限性，扩大柔性神经电极的应用。技术研发人员：何飞,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：张江国家实验室技术研发日：技术公布日：2024/9/29