一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法，微探针包括：发光二极管、具有差分功能的多个微电极对、噪声隔离槽和外接电路；其中，发光二极管结构依次包括：衬底材料、n型氮化镓、有源层、p型氮化镓、透明导电层、绝缘钝化层、发光二极管阳极和阴极结构，用于发光并激活生物神经细胞；各微电极对包括用于检测生物信号的第一微电极和用于采集噪音以对生物信号进行差分处理并提高信噪比的第二微电极，微电极对沿纵轴方向对称设置在绝缘钝化层上；噪声隔离槽贯穿至衬底材料，用于分隔发光二极管阳极与微电极对以降低噪音；外接电路用于消除噪音并放大生物信号。本发明专利技术能在不增加工艺的情况下消除噪音，极大提高信号的信噪比。噪比。噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法


[0001]本专利技术属于生物光电极
，尤其是涉及一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法。

技术介绍

[0002]光遗传学(Optogenetics)是指结合光学与遗传学手段,精确控制特定神经元活动的技术。光遗传学工具作为光电极在神经科学研究中发挥着重要的作用，需要具备特异性靶向光调控和记录神经信号两种功能。光电极主要分为耦合光源式和集成式两种类型，耦合光源式光电极依赖于光纤、激光源、外接耦合设备，限制了无线型、智能型光电极的发展；集成式光电极不再依赖外部光源，具备更大的自由度和灵活性，所以集成式光电极将成为光遗传学工具的必然发展趋势。
[0003]然而，集成式光电极的光源驱动模块在工作时会产生注入电信号，可能会对生物信号的记录产生电磁辐射干扰和工频噪声。因此，抑制和消除电磁辐射干扰成为光电极必须解决的难题之一，对提升采集的生物信号的质量有着至关重要的影响。
[0004]现有集成式生物光电极的降噪方式主要是通过在探针中增加金属屏蔽层隔离噪音、改变衬底掺杂、对脉冲整形、将LED与微电极分别放在探针的正反面等方法，但这种方式无法完全消除噪音，增加的屏蔽层还会增加工艺步骤和生产成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法，以解决现有集成式生物光电极的降噪方式复杂且无法完全消除噪音的技术问题。
[0006]本专利技术的目的，可以通过如下技术方案实现：
[0007]一种低噪声集成式生物光电极微探针，包括：
[0008]发光二极管结构、具有差分功能的多个微电极对、噪声隔离槽和外接电路结构；各所述微电极对包括第一微电极和第二微电极，所述第一微电极用于检测生物信号，所述第二微电极用于采集噪音以对所述生物信号进行差分处理并提高信噪比；
[0009]其中，所述发光二极管结构由下至上依次包括：衬底材料、n型氮化镓、有源层、p型氮化镓、透明导电层、绝缘钝化层、发光二极管阳极和发光二极管阴极，用于发光并激活生物神经细胞；
[0010]各所述微电极对沿纵轴方向对称设置在所述绝缘钝化层上；
[0011]所述噪声隔离槽沿纵轴方向对称刻蚀并贯穿至所述衬底材料，用于将所述发光二极管阳极与所述多个微电极对进行空间上的物理分隔以降低噪音；
[0012]所述外接电路结构匹配所述生物信号采集时的两路噪音，消除所述噪音并放大所述生物信号。
[0013]可选地，各所述微电极对包括：沿纵轴方向对称分布的所述第一微电极和所述第二微电极、对称式走线的第一微电极导线和第二微电极导线、以及沿纵轴方向对称分布的
第一微电极焊盘和第二微电极焊盘。
[0014]可选地，各所述微电极对还包括：
[0015]间隔开窗的微电极窗口和噪音窗口，所述微电极窗口设置在所述第一微电极上，所述噪音窗口设置在所述第二微电极导线上；或所述微电极窗口设置在所述第二微电极上，所述噪音窗口设置在所述第一微电极导线上。
[0016]可选地，所述发光二极管阳极包括：
[0017]发光二极管阳极电极、发光二极管阳极导线和发光二极管阳极焊盘。
[0018]可选地，所述噪声隔离槽通过刻蚀至所述衬底材料的凹槽，将所述发光二极管阳极导线与各所述微电极对的两个微电极、两条微电极导线进行空间上的物理分隔，以降低噪音。
[0019]本专利技术还提供了一种低噪声集成式生物光电极微探针的制备方法，包括：
[0020]在衬底材料上依次生长n型氮化镓、有源层、p型氮化镓，通过光刻和磁控溅射工艺制备透明导电层，通过剥离工艺使所述透明导电层图案化制备出发光二极管的透明阳极和电磁屏蔽层；
[0021]通过光刻和等离子体刻蚀工艺刻蚀外延片至n型氮化镓，后刻蚀噪声隔离槽至衬底材料；
[0022]高温激活所述有源层，通过光刻和等离子体增强化学气相沉积工艺制备绝缘钝化层，并利用湿法刻蚀工艺用缓冲氧化物刻蚀液使所述绝缘钝化层图案化，制备得到阴极窗口和阳极窗口；
[0023]通过光刻和电子束蒸发工艺，在高真空环境中制备金属薄膜，并利用剥离工艺使金属薄膜图案化，制备得到发光二极管阳极和发光二极管阴极；
[0024]通过光刻和等离子体增强化学气相沉积工艺，在气体环境为SiH4和N2O、高真空和350℃高温环境中制备二氧化硅钝化层，并利用干法刻蚀工艺使二氧化硅隔离层图案化，制备得到阳极焊盘窗口、阴极焊盘窗口；
[0025]通过光刻和电子束蒸发工艺，在高真空环境中制备金属薄膜，并利用剥离工艺使金属薄膜图案化，制备得到具有差分功能的多个微电极对；
[0026]通过光刻和等离子体增强化学气相沉积工艺，在气体环境为SiH4和N2O、高真空和350℃高温环境中制备二氧化硅钝化层，并利用干法刻蚀工艺使二氧化硅隔离层图案化，制备得到微电极窗口、噪音窗口、微电极焊盘窗口、阳极焊盘窗口、阴极焊盘窗口。
[0027]可选地，制备得到发光二极管阳极和发光二极管阴极包括：
[0028]制备得到发光二极管阳极电极、发光二极管阳极导线、发光二极管阳极焊盘、发光二极管阴极电极、发光二极管阴极导线和发光二极管阴极焊盘。
[0029]可选地，制备得到具有差分功能的多个微电极对包括：
[0030]制备得到多个微电极对，各微电极对包括沿纵轴方向对称分布的第一微电极和第二微电极、对称式走线的第一微电极导线和第二微电极导线、以及沿纵轴方向对称分布的第一微电极焊盘和第二微电极焊盘，所述第一微电极用于生物信号检测，所述第二微电极用于差分。
[0031]可选地，所述金属薄膜采用50nm的钛金属薄膜或150nm的金金属薄。
[0032]本专利技术提供了一种低噪声集成式生物光电极微探针及制备方法，其中微探针包
括：发光二极管结构、具有差分功能的多个微电极对、噪声隔离槽和外接电路结构；各所述微电极对包括第一微电极和第二微电极，所述第一微电极用于检测生物信号，所述第二微电极用于采集噪音以对所述生物信号进行差分处理并提高信噪比；其中，所述发光二极管结构由下至上依次包括：衬底材料、n型氮化镓、有源层、p型氮化镓、透明导电层、绝缘钝化层、发光二极管阳极和发光二极管阴极，用于发光并激活生物神经细胞；各所述微电极对沿纵轴方向对称设置在所述绝缘钝化层上；所述噪声隔离槽沿纵轴方向对称刻蚀并贯穿至所述衬底材料，用于将所述发光二极管阳极与所述多个微电极对进行空间上的物理分隔以降低噪音；所述外接电路结构匹配所述生物信号采集时的两路噪音，消除所述噪音并放大所述生物信号。
[0033]有鉴如此，本专利技术带来的有益效果是：
[0034]本专利技术的发光二极管结构由下至上依次包括：衬底材料、n型氮化镓、有源层、p型氮化镓、透明导电层、绝缘钝化层、发光二极管阳极和发光二极管阴极，具有差分功能的多个微电极对沿纵轴方向对称设置在绝缘钝化层上，噪声隔离槽沿纵轴方向对称刻蚀，从n型氮化镓开始，由上贯穿至第三层绝缘钝化层，由下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，包括：发光二极管结构、具有差分功能的多个微电极对、噪声隔离槽和外接电路结构；各所述微电极对包括第一微电极和第二微电极，所述第一微电极用于检测生物信号，所述第二微电极用于采集噪音以对所述生物信号进行差分处理并提高信噪比；其中，所述发光二极管结构由下至上依次包括：衬底材料、n型氮化镓、有源层、p型氮化镓、透明导电层、绝缘钝化层、发光二极管阳极和发光二极管阴极，用于发光并激活生物神经细胞；各所述微电极对沿纵轴方向对称设置在所述绝缘钝化层上；所述噪声隔离槽沿纵轴方向对称刻蚀并贯穿至所述衬底材料，用于将所述发光二极管阳极与所述多个微电极对进行空间上的物理分隔以降低噪音；所述外接电路结构匹配所述生物信号采集时的两路噪音，消除所述噪音并放大所述生物信号。2.根据权利要求1所述的低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，各所述微电极对包括：沿纵轴方向对称分布的所述第一微电极和所述第二微电极、对称式走线的第一微电极导线和第二微电极导线、以及沿纵轴方向对称分布的第一微电极焊盘和第二微电极焊盘。3.根据权利要求2所述的低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，各所述微电极对还包括：间隔开窗的微电极窗口和噪音窗口，所述微电极窗口设置在所述第一微电极上，所述噪音窗口设置在所述第二微电极导线上；或所述微电极窗口设置在所述第二微电极上，所述噪音窗口设置在所述第一微电极导线上。4.根据权利要求1所述的低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，所述发光二极管阳极包括：发光二极管阳极电极、发光二极管阳极导线和发光二极管阳极焊盘。5.根据权利要求4所述的低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，所述噪声隔离槽通过刻蚀至所述衬底材料的凹槽，将所述发光二极管阳极导线与各所述微电极对的两个微电极、两条微电极导线进行空间上的物理分隔，以降低噪音。6.根据权利要求1所述的低噪声集成式生物光电极微探针，其特征在于，所述外接电路结构包括信号分压电路和差分放大电路，利用所述信号分压电路匹配所述生物信号采集时的两路噪音，利用所述差分放大电路消除噪音并放大所述生物信号。7.一种低噪声集成式生物光电极微探针的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张佰君，林立章，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：