技术领域
[0001] 本
发明涉及一种用于体表提取
生物电势的基于
硅的皮肤表面干电极，尤其涉及一种利用
砂轮划片机划片和湿法
腐蚀技术低成本制作皮肤干电极的方法。
背景技术
[0002] 生物电势
信号是最主要的生理参数之一，可用于临床诊断、病人监护和生物医学研究等。因此，有效地进行生理
电信号的探测与研究有重要的意义。绝大多数生理电信号都是通过电极与人体(体表或介入)
接触的条件下获得的，电极的性能将直接影响到信号采集的成功与失败。
[0003] 皮肤最外层的
角质层是不导电的，只有通过角质层下的真皮层才能提取有效的生理电信号。传统的皮肤湿电极使用含有高浓度导电离子的导电膏涂覆于角质层之上，导电膏能够扩散进角质层内，使其导
电能力得以提高。涂覆导电膏不能长期记录，否则会使被试者产生皮肤溃烂或过敏等
副作用。由于难以靠仪器设计保证电极、导电膏、皮肤的接触界面保持稳定，所以很容易产生基线漂移或运动伪迹的干扰，影响检测结果。皮肤干电极可以克服以上缺点用于长期记录。目前这种皮肤干电极有两种，一种是非侵入式的，采用
电容耦合的原理测定信号。另一种是侵入式的，由二维微针阵列构成，可以直接刺透角质层到达可以导电的生发层但不触及真皮层，避免了高阻抗特性的角质层所带来的问题。生发层并无血管和神经的排布，所以被试者不会有
疼痛感。
[0004] 目前国内外一般采用下述工艺步骤来制作这种基于二维硅微针阵列的侵入式干电极：
[0006] 使用
光刻方法和lift-off方法制作微针阵列图形；
[0008] 使用化学腐蚀方法腐蚀针柱形成尖锐的电极头部；
[0010] 但是，采用上述方法制作皮肤干电极涉及到深刻蚀等昂贵的设备，因而增加了制作成本，而且工艺相对较为复杂。
[0011] 国内一些研究机构也提出了划片的制作方案，为了制作出上细下粗的针尖结构，其在划片时采用划片刀具与硅片表面呈45度的方式，制作工艺过程需要经过四次调整刀具与硅片的夹角；划出的金字塔结构的硅柱与硅柱之间的距离至少是两个刀口的宽度，因此成本高，
密度低。
发明内容
[0012] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作基于微针阵列皮肤干电极的方法，采用该方法制作的电极，可以用于生理信号的提取与长期监测，具有制作成本低的优点，同时该电极是侵入式无痛皮肤干电极。
[0013] 为达到上述目的，本发明提供了一种制作基于微针阵列皮肤干电极的方法，该方法利用通用的砂轮划片设备，在
单晶硅片上划槽，形成根部仍与硅片相连的二维硅方柱阵列，继而利用各向同性腐蚀的方法，将方柱阵列腐蚀成尖端细，根部粗的四棱微锥阵列，该方法包括如下步骤：
[0014] A、选择一硅片；
[0015] B、将硅片的两面热氧化一层二氧化硅层；
[0016] C、对硅片在X方向和Y方向分别形成周期性的一预定深度的垂直的划槽，形成二维方柱阵列；
[0017] D、用硅的各向同性腐蚀液对划片后的硅片进行静态腐蚀，将二维方柱阵列变细变尖；
[0018] E、用
氢氟酸或HF缓冲液将硅片表面的二氧化硅层腐蚀干净，形成电极柱阵列；
[0019] F、采用
磁控溅射的方法，在电极柱阵列表面及背面溅射金属，完成制作。
[0020] 从上述技术方案可以看出，本发明采用的是划片方式形成200μm高二维针柱阵列，并用硅的各向同性腐蚀液静态腐蚀直接将针柱变尖。这样的制作方法具有成本低，工艺步骤简单，尤其适合大批量生产。制作出的皮肤干电极可以用于脑电、心电、肌电等生理信号检测，满足科研和临床需求，并且有助于扩大干电极的市场应用。
附图说明
[0021] 为了进一步说明本发明的技术内容，以下结合
实施例及附图，对本发明进一步详细说明，其中：
[0023] 图2为本发明制作过程中划片后的结构示意图；
[0024] 图3为本发明制作过程中二维方柱阵列变细变尖的结构示意图。
具体实施方式
[0025] 请参阅图1，配合参阅图2、3所示，本发明提供一种制作基于微针阵列皮肤干电极的方法，该方法利用通用的砂轮划片设备，在单晶硅片上划槽，形成根部仍与硅片相连的二维硅方柱阵列，继而利用各向同性腐蚀的方法，将方柱阵列腐蚀成尖端细，根部粗的四棱微锥阵列，该方法包括如下步骤：
[0026] 步骤101：选择一硅片，该硅片为双面
抛光的硅片，硅片的厚度决定着皮肤干电极的整体厚度。
[0027] 步骤102：将硅片的两面热氧化一层二氧化硅层10，该二氧化硅层10的厚度为100-500nm，该二氧化硅层10作为步骤104中将二维方柱阵列30(参阅图2)腐蚀变尖变细的保护层，保护二维方柱阵列30的顶部端面和硅片20背面的硅不被腐蚀腐蚀。二氧化硅层10的厚度在100-500nm范围内均可以达到保护效果。
[0028] 步骤103：对硅片在X方向和Y方向分别形成周期性的一预定深度的垂直的划槽，形成二维方柱阵列30(参阅图2)，该硅片在X方向和Y方向划槽的深度为150-300μm，宽度为0.1-0.2mm，该硅片在X方向和Y方向划槽的周期为150-500μm。二维方柱阵列30中方柱的边长尺寸大小由划槽宽度和划槽周期决定，方柱的边长＝划槽周期-划槽宽度。划槽的深度决定最后形成的二维方柱阵列30的高度，这个高度要扎进皮肤表面，但不能扎到真皮层引起疼痛。所以具体高度要根据在皮肤表面使用
位置上表面皮层厚度来决定。
[0029] 步骤104：用硅的各向同性腐蚀液对划片后的硅片进行静态腐蚀，将二维方柱阵30列变细变尖(参阅图3)，所述的硅的各向同性腐蚀液为氢氟酸∶
硝酸＝3∶25的腐蚀液。静态腐蚀可以使二维方柱阵列30中的方柱上部腐蚀快，而下部腐蚀慢，从而形成带尖端的方柱阵列31。
[0030] 步骤105：用氢氟酸或HF缓冲液将硅片20背面的二氧化硅层10腐蚀干净，形成电极柱阵列。腐蚀的时间与步骤102中热氧化形成的二氧化硅层的厚度直接相关，二氧化硅层10越厚腐蚀时间越长。
[0031] 步骤106：采用磁控溅射的方法，在带尖端的方柱阵列31表面及背面溅射金属。磁控溅射的方式可以保证带尖端的方柱阵列31
侧壁溅射上金属。带尖端的方柱阵列31表面和硅片20背面的电导通是通过电极四周侧壁的金属实现的。其中步骤F所述的溅射的金属包括，一
钛层，在该钛层的表面溅射一层金，该溅射的钛层厚度为50-100nm，该溅射的金层的厚度为200-500nm，完成制作。
[0032] 实施例
[0033] 请参阅图1，配合参阅图2、3所示，本发明提供一种制作基于微针阵列皮肤干电极的方法，包括如下步骤：
[0034] 该方法利用通用的砂轮划片设备，在单晶硅片上划槽，形成根部仍与硅片相连的二维硅方柱阵列，继而利用各向同性腐蚀的方法，将方柱阵列腐蚀成尖端细，根部粗的四棱微锥阵列。
[0035] 步骤101：选择一4寸500μm厚的硅片，该硅片为双面抛光的硅片；
[0036] 步骤102：将硅片的两面热氧化一层二氧化硅层10，该二氧化硅层10的厚度为200nm；
[0037] 步骤103：对硅片在X方向和Y方向分别形成周期性的一预定深度的垂直的划槽，形成二维方柱阵列30(参阅图2)，该硅片在X方向和Y方向划槽的深度为200μm，宽度为0.15mm，该硅片在X方向和Y方向划槽的周期为200μm。二维方柱阵列30中的方柱边长为
50μm；
[0038] 步骤104：用硅的各向同性腐蚀液对划片后的硅片进行静态腐蚀，将二维方柱阵列30变细变尖(参阅图3)，所述的硅的各向同性腐蚀液为氢氟酸∶硝酸＝3∶25的腐蚀液；
[0039] 步骤105：用氢氟酸或HF缓冲液将硅片20背面的二氧化硅层10腐蚀干净，腐蚀5分钟，形成带尖端的方柱阵列31；
[0040] 步骤106：采用磁控溅射的方法，在带尖端的方柱阵列31表面及硅片20背面溅射金属，其中步骤F所述的溅射的金属包括，一钛层，在该钛层的表面溅射一层金，该溅射的钛层厚度为100nm，该溅射的金层的厚度为500nm，完成制作。
[0041] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
