片上集成三电极体系微电极阵列的表征

设计制作了片上集成三电极体系微电极阵列。工作电极分为圆形和方形两种，电极特征尺寸为100-900μm，工作电极与对电极间距为50-200μm。利用循环伏安法，在氧化还原电位探针二茂铁甲醇的作用下，对各三电极微系统进行了电极性能表征，具体分析了工作电极的形状、大小、与对电极的间距对输出特性的影响，为片上集成三电极体系的微电极阵列的设计优化提供了实际依据。     

片上集成三电极体系微电极阵列的表征

设计制作了片上集成三电极体系微电极阵列.工作电极分为圆形和方形两种,电极特征尺寸为100～900 μm,工作电极与对电极间距为50～200 μm.利用循环伏安法,在氧化还原电位探针二茂铁甲醇的作用下,对各三电极微系统进行了电极性能表征,具体分析了工作电极的形状、大小、与对电极的间距对输出特性的影响,为片上集成三电极体系的微电极阵列的设计优化提供了实际依据.     

用于酵母细胞电阻抗检测的集成微电极阵列微流控芯片的有限元仿真研究

出芽酵母已经成为衰老、寿命研究的理想细胞模型。我们提出了一种集成微电极阵列微流控芯片的设计结构,该芯片结构具有阵列排布式捕获-剪切结构及与之对应的微电极阵列,用于对被捕获酵母单细胞进行高通量电阻抗检测,尤其是利用电阻抗信号检测酵母细胞每一个子细胞的剪切去除事件。在本文中,我们对该设计结构进行了有限元建模仿真研究,以优化用于电阻抗检测的集成微电极阵列的关键参数设置。通过有限元建模和仿真计算,我们分析了待测响应电流分布以及不同行列间距下邻近细胞对待测信号的影响。为了在减小邻近细胞的存在对待测信号干扰的同时,实现酵母子细胞剪切去除事件的高灵敏度电阻抗检测,我们依据仿真结果优化出微电极阵列的行列间距分别为125 μm、100 μm。本研究中的仿真分析结果对于优化集成微电极阵列微流控芯片的设计,提升电阻抗单细胞传感检测的灵敏度和集成度具有重要意义,我们提出的设计结构有望发展为基于电阻抗谱的高通量酵母复制衰老寿命监测平台。     

阵列式CMOS细胞电信号传感芯片

介绍了一种采用0.6μm标准CMOS工艺实现的阵列式细胞电生理信号传感芯片。该芯片集成了6×6单元有源传感阵列、模拟多路选择器、输出缓冲器、参考源和数字控制电路,实现了传感电路和后端信号处理电路的单片化集成。传感单元面积为60μm×60μm,包含15μm×15μm的传感电极和有源预处理电路,线性放大幅值范围100μV～25mV的微小信号,电压增益为40dB。同时单元电路采用相关二次采样工作模式,采样信号可经后续差分电路除去固定模式噪声,提高传感器的精度。在标准CMOS工艺基础上,应用lift-off工艺对电极进行后续加工,提高其生物测量适应性。并通过封装技术的改进,使芯片适合在电解液环境下工作。在溶液中的模拟生物电学测试验证了芯片的功能。     

一种具有片上译码/放大功能的微阵列电路及其与生物纳米系统的集成

提出了一种用SMIC 0.18μm CMOS混合信号工艺实现的全集成CMOS微阵列生物芯片,并成功地实现了其与一种新的生物纳米系统的集成. 该电路实现了19μm×19μm电极的4×4 (16单元）阵列,反相电极,电流模式放大器,译码电路,以及逻辑控制电路的单片集成,并能够提供-1.6~1.6V的组装电压,8bit的电位分辨率及39.8dB的电流增益,电源电压为1.8V,而失调和噪声电流分别为5.9nA和25.3pArms. 在实验中,利用该电路实现了对30nm聚乙烯醇包裹的磁性粒子的片上选择性组装,并对实验结果进行了讨论,从而验证了该电路的正确性和该集成方法的可行性.     

一种具有片上译码/放大功能的微阵列电路及其与生物纳米系统的集成

提出了一种用SMIC 0.18μm CMOS混合信号工艺实现的全集成CMOS微阵列生物芯片,并成功地实现了其与一种新的生物纳米系统的集成.该电路实现了19μm×19μm电极的4×4(16单元)阵列,反相电极.电流模式放大器,译码电路,以及逻辑控制电路的单片集成,并能够提供-1.6～1.6V的组装电压,8bit的电位分辨率及39.8dB的电流增益,电源电压为1.8V,而失调和噪声电流分别为5.9nA和25.3pArms.在实验中,利用该电路实现了对30nm聚乙烯醇包裹的磁性粒子的片上选择性组装,并对实验结果进行了讨论,从而验证了该电路的正确性和该集成方法的可行性.     

基于Parylene的柔性微电极阵列微加工工艺研究

基底集成的柔性微电极阵列(MEAs)从一个全新的角度演绎了植入式神经系统,对神经进行电刺激并记录神经电信号.以一种新型聚合物材料聚对二甲苯(parylene)为基底,制备出了用于神经接口的柔性神经微电极阵列.采用MEMS加工技术,设计了一种基于parylene柔性神经微电极阵列的加工工艺方法,并讨论了在流片过程中的关键问题,如掩膜层的选择、电极的剥离及焊接与封装等.该柔性微电极阵列在用于视觉假体的神经接口方面具有独特的应用优势.     

飞秒激光制备阵列孔金属微滤膜

选用不锈钢、铜和铝三种金属薄膜作为实验材料,厚度10~50μm.对不锈钢、铜和铝三种金属薄膜进行飞秒激光加工,研究了所形成的微纳米孔直径与飞秒激光加工参数的关系.结果表明,飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大.不锈钢薄膜适于飞秒激光制作金属微孔膜,在25μm厚的不锈钢薄膜上制备了大面积阵列微孔,孔直径为2.5~10μm,孔间距为10~50μm.与传统烧结金属微孔过滤膜比较,飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、直通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点,可获得较高的孔隙率,有利于提高透过水通量.     

Fabrication of a Silicon-Based Microprobe for Neural Interface Applications

采用表面MEMS工艺制作了二维多通道的硅基微电极阵列,用于提取脑神经电信号.在整个工艺制作过程中需要三步光刻,制作的硅针长1.2mm,宽100μm,厚30μm,同时各个记录点的间距为200μm,可以形成良好的信号隔离.对微电极的阻抗特性进行了体外测试,结果表明,随着频率由0变为10MHz,单个记录点阻抗由14MΩ下降到1.9kΩ.将微电极黏附到印刷线路板,通过金丝压焊提取各个通道信号,大大提高了植入的可操作性以及信号提取的可靠性.     

适用于神经接口的硅基微电极制作

采用表面MEMS工艺制作了二维多通道的硅基微电极阵列,用于提取脑神经电信号.在整个工艺制作过程中需要三步光刻,制作的硅针长1.2mm,宽100μm,厚30μm,同时各个记录点的间距为200μm,可以形成良好的信号隔离.对微电极的阻抗特性进行了体外测试,结果表明,随着频率由0变为10MHz,单个记录点阻抗由14MΩ下降到1.9kΩ.将微电极黏附到印刷线路板,通过金丝压焊提取各个通道信号,大大提高了植入的可操作性以及信号提取的可靠性.     

TiO_2纳米管阵列对染料敏化太阳能电池性能的影响

通过恒压阳极氧化法在Ti箔表面制备了结构规整的TiO2纳米管阵列,研究了氧化时间和退火温度对纳米管阵列的尺寸和晶体结构的影响。用制得的纳米管阵列电极组装了染料敏化太阳能电池(DSSC),研究了纳米管长度、退火温度和电极面积对DSSC光电性能的影响。结果表明,纳米管管径和壁厚均与氧化时间无关,而纳米管长度则随着氧化时间延长而增加。在450℃及更低温度退火时,纳米管中只出现锐钛矿相;而在500℃退火时,纳米管中则又出现了金红石相。由厚度为27μm、退火温度为450℃的纳米管阵列电极组装成的DSCC具有最佳的光电转化性能。DSCC的光电转化效率随电极面积的增加而降低。     

砷掺HgCdTe长波红外光电二极管阵列的制备与性能

采用砷(As)掺杂HgCdTe材料研制了响应截止波长为12.5 μm,规格为256×1的长波红外光电二极管阵列.实验设计了一种新的pn结测量方法,测量发现砷掺长波HgCdTe材料离子注入形成pn结深度在3.6～5.3 μm之间,而其最大横向尺寸大约是设计尺寸的1.3倍.实验采用一种改进的表面处理工艺制备了砷掺HgCdTe长波红外光电二极管阵列,获得了良好的电学性能,该工艺与常规表面处理工艺相比可以使器件峰值阻抗提高2个量级,而-0.5v偏压下的动态电阻可提高约30倍.研究认为,器件性能提高的原因是由于改进工艺可以有效抑制器件表面漏电流.     

Bench‐Top Fabrication of Hierarchically Structured High‐Surface‐Area Electrodes

Fabrication of hierarchical materials, with highly optimized features from the millimeter to the nanometer scale, is crucial for applications in diverse areas including biosensing, energy storage, photovoltaics, and tissue engineering. In the past, complex material architectures have been achieved using a combination of top‐down and bottom‐up fabrication approaches. A remaining challenge, however, is the rapid, inexpensive, and simple fabrication of such materials systems using bench‐top prototyping methods. To address this challenge, the properties of hierarchically structured electrodes are developed and investigated by combining three bench‐top techniques: top‐down electrode patterning using vinyl masks created by a computer‐aided design (CAD)‐driven cutter, thin film micro/nanostructuring using a shrinkable polymer substrate, and tunable electrodeposition of conductive materials. By combining these methods, controllable electrode arrays are created with features in three distinct length scales: 40 μm to 1 mm, 50 nm to 10 μm, and 20 nm to 2 μm. The electrical and electrochemical properties of these electrodes are analyzed and it is demonstrated that they are excellent candidates for next generation low‐cost electrochemical and electronic devices.     

Inkjet‐Printed Flexible Gold Electrode Arrays for Bioelectronic Interfaces

Bioelectronic interfaces require electrodes that are mechanically flexible and chemically inert. Flexibility allows pristine electrode contact to skin and tissue, and chemical inertness prevents electrodes from reacting with biological fluids and living tissues. Therefore, flexible gold electrodes are ideal for bioimpedance and biopotential measurements such as bioimpedance tomography, electrocardiography (ECG), electroencephalography (EEG), and electromyography (EMG). However, a manufacturing process to fabricate gold electrode arrays on plastic substrates is still elusive. In this work, a fabrication and low‐temperature sintering (≈200 °C) technique is demonstrated to fabricate gold electrodes. At low‐temperature sintering conditions, lines of different widths demonstrate different sintering speeds. Therefore, the sintering condition is targeted toward the widest feature in the design layout. Manufactured electrodes show minimum feature size of 62 μm and conductivity values of 5 × 10 ⁶ S m^?1. Utilizing the versatility of printing and plastic electronic processes, electrode arrays consisting of 31 electrodes with electrode‐to‐electrode spacing ranging from 2 to 7 mm are fabricated and used for impedance mapping of conformal surfaces at 15 kHz. Overall, the fabrication process of an inkjet‐printed gold electrode array that is electrically reproducible, mechanically robust, and promising for bioimpedance and biopotential measurements is demonstrated.     

微型笔直写制备厚膜阻性元件技术研究

为了实现电子元器件的快速制备,设计并实现了一种微型笔直写装置。利用该装置进行了电阻浆料的直写制备。研究了直写电阻元件的工艺特点、表面形貌和性能。得到了优化的工艺范围:笔头通径100～450μm,笔头到基板表面距离8～20μm,电阻高温烧结之后线宽100～500μm,膜厚5～15μm。所直写的电阻边缘整齐,表面较平整,烧结后,方阻约为0.92 kΩ/□。     

128×128硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列。阵列中微透镜的孔径为 10 0μm,透镜 F数为 f / 1.5,微透镜阵列的中心距为 10 0μm。采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列。对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论 ,对制备出的 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量。     

锁相环小数N分频频率综合器中的Sigma-delta调制器设计

介绍了一种应用于小数N分频频率综合器的工作于20 MHz的Sigma-delta调制器的设计,采用3个一阶电路级联的MASH1-1-1结构的噪声整形电路。电路设计利用Verilog硬件描述语言进行描述,在modelSim SE 6.2b中通过了功能仿真,并在XUP Virtex-II Pro FPGA开发板上进行了验证,最终采用TSMC 0.13μm CMOS工艺,完成了电路版图并通过了DRC和LVS验证。芯片面积为180μm×160μm,平均功耗为1.059 6~1.070 4 mW。     

Photoelectrochemical characteristics of TiO2 nanorod arrays grown on fluorine doped tin oxide substrates by the facile seeding layer assisted hydrothermal method

TiO2 nanorod arrays (NRAs) were prepared on fluorine doped tin oxide (FTO) substrates by a facile two-step hydrothermal method. The nanorods were selectively grown on the FTO regions which were covered with TiO2 seeding layer. It took 5 h to obtain the compact arrays with the nanorod length of ~2 μm and diameter of ~50 nm. The photoelectrochemical (PEC) properties of TiO2 NRAs are also investigated. It is demonstrated that the TiO2 NRAs indicate the good photoelectric conversion ability with an efficiency of 0.22% at a full-wavelength irradiation. A photocurrent density of 0.21 mA/cm2 is observed at 0.7 V versus the saturated calomel electrode (SCE). More evidences suggest that the charge transferring resistance is lowered at an irradiation, while the flat-band potential (Vfb) is shifted towards the positive side.     

双色红外共光路辐照度测量系统设计

针对测量红外目标模拟器的辐照度值所设计的辐照度测量系统,其光学系统特点是改善辐射光束的能量分布,将能量集中到探测器上。根据双色和单色探测器的不同用途,单个双色探测器和两个单色探测器的双色红外共光路光学系统均能够满足辐照度测量系统的需求。双色探测器难以得到,但对应的光学系统结构简单,调制传递函数响应度高,实用性强;单色探测器容易得到,但对应的光学系统结构复杂,不过仍然有很好的像质,满足辐照度测量光学系统的要求。光学设计结果表明,3～5μm的中红外波段和8～12μm的长波红外波段在两个系统中同时较好地完成了像差校正,系统畸变都很小,最大不超过0.7%,调制传递函数曲线均接近衍射极限。