混成式三维神经元微探针阵列的制备

本文提出了一种新的混成式神经元探针阵列结构,并采用新的制备流程制作了规模为10×10的神经元探针阵列。制备流程主要包括倒焊互联工艺和多刀片切割工艺,倒焊工艺将厚硅片直接倒焊到读出电路上,多刀片切割工艺直接将硅片切割成硅针阵列。该制备流程不包含高温工艺和硅腐蚀工艺,不损伤电路,实现了硅针阵列与电路直接集成,从而简化了接口,降低了引脚数量,芯片的硅针规模可以不受引线口数量限制。     

MEMS微探针及其在嗅粘膜神经递质检测中的研究

采用微探针电极阵列对大鼠嗅粘膜神经递质进行了在体检测.基于MEMS技术,制备了具有8通道电极阵列的微探针芯片.每一电极的传感器表面为16μm×120μm或0.3 μm×120 μm尺寸.采用循环伏安法,该探针可以检测到50 nM浓度的多巴胺.将探针固定于大鼠鼻腔嗅粘膜,对多巴胺等单胺类神经递质进行了在体检测.通过二氧化碳诱导的三叉神经刺激动物模型的研究,证明微探针适合于神经递质的多位点实时测量.     

用于神经电信号记录的多通道微探针

:以体硅为衬底,采用微机械加工技术(MEMS)制作了七通道的可植入到脑皮层的微探针,用于记录神经电信号.从生物相容性、减小植入损伤、工艺制作难度等方面考虑,制作了以二氧化硅/硅(SiO2/Si)为主体的微探针,并详述了其具体制作工艺流程.扫描电镜(SEM)照片显示微探针针长3 mm、针宽100 μm、针厚约为20 μm,各个记录点直径10 μm、间距120μm,实现了各通道之间良好的信号隔离.微探针距离针尖1 mm范围内的针宽以一定弧度由100 μm逐渐变窄,同时针尖锥角为6°,此种结构有利于减小植入时对脑组织的损伤.通过体外测试得到,当频率由10 kHz增加到10 MHz时,微电极各个通道阻抗由150.5 kΩ降低到6.0 kΩ.     

微球探针制备工艺的优化

为了解决现有激光微球探针加工技术中存在的探针尖端微球球心偏离针杆中轴线的问题,提出了一个两步法加工策略.以CO2激光光束为热源,对探针针杆尖端进行加热,使针杆尖端受热融化产生微球.然后将带有微球的探针针杆绕其中轴线旋转180°,再使用CO2激光光束辐照带有微球的探针尖端,对尖端微球偏移量进行补偿.实验结果表明:采用“熔球-旋转再熔球”的两步法加工策略,能明显降低探针尖端微球相对于针杆的弯曲程度,缩小探针尖端球形球心和针杆中心线的偏移距离.     

基于MEMS的微位移传感器及其应用研究

对一种基于MEMS探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为2.323nm/mV,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。     

利用AFM探针机械刻划方法加工微纳米结构

为了探索在纳米尺度加工微纳米结构,MEMS/NEMS器件的新的加工方法,采用基于AFM改造的微加工系统,研究了探针机械刻划机理,分析了工作台的定位精度,AFM的工作模式,探针形状等因素的影响.以复杂字体“哈工大“为例说明了微纳米结构轮廓坐标的获得,并加工了实例.同时还给出了齿轮形状,各种复杂二维结构的加工实例.结果表明采用AFM探针机械刻划技术可以应用在微纳米尺度结构的加工领域.     

MEMS微电源技术

结合目前国内外各种微电源的发展现状,总结微电源的研究成果,从理论上探讨了利用MEMS体硅加工工艺制作微燃料电池的可行性。指出了MEMS燃料电池的发展趋势,并对MEMS燃料电池研制过程中可能出现的困难提出了相应的解决方案。     

基于MEMS传感器的车载微惯性测量单元设计

为了感知汽车姿态,利用MEMS传感器自主设计了一种车载微惯性测量单元(MIMU),详细介绍了三轴MEMS加速度计、三轴MEMS陀螺和正六面体的设计。该单元具有成本低、精度高、体积小,且便于标定等优点,可以方便地运用到汽车姿态实时监测系统中。给出了单元的标定方法,分析了其误差来源,建立误差模型以及自主设计了标定系统。实验结果表明:该单元能有效地消除信号干扰,具有满意的精度要求,可对运用该单元进行汽车姿态监测等提供理论研究与工程应用参考。     

基于MEMS技术的微型磁性开关阵列

为了在二维微驱动系统中实时检出磁性移动块的存在位置 ,提出并试制了一种基于MEMS工艺的微型磁性开关阵列 ,它作为一种位置传感器通过扫描查询方式工作。对该传感器的工作原理、制做工艺做了详细的描述 ,并给出了一些实验结果。     

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的特征尺寸测量

针对微小结构几何量测量的需求,通过集成MEMS微触觉测头和纳米测量机构建了高精度的测量系统.在验证测头性能的基础上,完成了一系列判断测头测量分辨力和精度的实验,在轴向、同向横向、异向横向三个方向测量的标准偏差分别为41.755 2 nm,6.05 μm,6.16μm,同时,在扫描实验中进程回程扫描差值的标准偏差为23.088 nm.     

MEMS悬臂梁式芯片测试探卡

针对集成电路圆片级测试需要,利用MEMS技术设计制作了一种悬臂梁式芯片测试探卡。每个悬臂梁在设计时可以承受25mN的探测力,同时使探针针尖产生20μm以上的位移。通过独特的双面金属覆盖设计,电学测试信号可以成功地从位于硅悬臂梁下方的探针针尖,引到位于玻璃上层的封装焊盘,并进而与自动测试仪器连接。由于采用了二次台阶的结构设计,相邻探针之间可以实现金属自隔断。初步测试表明,探针针尖到引线的电阻值在0.8Ω以下,而相邻探针之间的绝缘电阻则高达500GΩ。硅悬臂梁的弹性系数为1126.8Nm-1,与设计值相吻合。     

Robust optimization using a gradient index: MEMS applications

This paper discusses a simple and effective robust optimization formulation and illustrates its application to MicroElectroMechanical Systems (MEMS) devices. The proposed formulation improves robustness of the objective function by minimizing a gradient index (GI), defined as a function of gradients of performance functions with respect to uncertain variables. The level of constraint feasibility is also enhanced by adding a term determined by a constraint value and the gradient index. In the robust optimal design procedure, a deterministic optimization for performance improvement is followed by a sensitivity analysis with respect to uncertainties such as MEMS fabrication errors and changes of material properties. During the process of the deterministic optimization and sensitivity analysis, dominant performances and critical uncertain variables are identified to define the GI. Our approach for robust design requires no statistical information on the uncertainties and yet achieves robustness effectively. Two MEMS application examples including a micro accelerometer and a resonant-type micro probe are presented.     

基于MEMS技术的低g值微惯性开关的设计与制作

惯性开关是一种感受惯性加速度,执行开关机械动作的精密惯性装置.选用典型的"弹簧-质量-阻尼"结构,研制了一种基于平面矩形螺旋梁的低g值(1gn～30gn)微惯性开关.惯性敏感单元由一个方形质量块和支撑它的两根螺旋梁组成,采用ANSYS有限元软件对其进行了仿真分析.采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装技术,包括KOH腐蚀...     

微型燃气轮机的新型神经网络控制的研究

燃机控制系统是一种多变量、非线性、时变的系统,对微型燃气轮机的转速控制器进行了深入研究.PID控制应用广泛,但在实际应用中,其参数整定仍未得到较好的解决.因此,设计了一种新的神经网络PID控制器作为主控制器,通过神经网络所具有的任意非线性表达能力,可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID控制,确保系统的稳定性、快速性和准确性.大量的仿真证明,该算法具有良好的控制效果.     

基于MEMS微电极芯片的电穿孔系统

报道了一种基于微加工金电极的细胞电穿孔芯片及一套完整的细胞电穿孔系统。该系统能够在多种细胞系中实现高效细胞电穿孔(对典型HEK-293A(人胚胎肾细胞)细胞的穿孔效率高于90%,3T3-L1(小鼠胚胎成纤维细胞)的电穿孔效率高达80%)。并且具有手动模式和自动模式。同时,由于基于独特的电极设计,其所需电压也远低于现有设备(典型工作电压为60 V),成本更低,操作更安全。     

微小电阻的测量及提高精度的方法

论述了在微小电阻直流恒流源测量法中获取直流恒流源的两种方法.针对微小电阻精确测量的应用需求,提出了3种提高测量精度的方法:四线制法、比例法、滤波和FFT法.通过对双线测量法的研究,得出了四线制法,四线制测量法减小导线电阻对测量的影响.为了降低恒流源对测量精度的影响,改进直流电流测量法,提出了比例法.滤波与FFT法则有效减小了纹波对测量精度的影响,进一步提高了测量精度.测试结果表明,这3种测量微小电阻的方法,具有精度高、稳定性好等特点.因此可对微小电阻进行精确稳定的测量.     

基于微/纳米加工技术的微型电化学免疫传感器研究

生物传感器的研制越来越趋向于微型化、集成化、智能化以及无创伤的方向发展.研制基于微/纳米加工技术的电化学免疫传感器顺应了这一趋势,利用微电子机械系统(MEMS)技术在硅基芯片上制备微型三电极系统和SU-8微型池,并采用自组装单层膜和纳米金修饰微型电极表面用于抗体的固定化,研制出新型的电化学免疫传感器.研究表明,这种微型电化学免疫传感器易于实现批量生产,便于集成,检测过程只需要少量的样品,大大降低有毒试剂的消耗,减少环境污染,同时具有分析成本低,响应时间快,检测下限低和适用于现场快速检测等优点.