基于SOI的高抗过载颅内压力传感器设计与制备

摘要

颅内压监测在神经外科诊疗中具有重要临床价值，但现有传感器存在微型化不足、长期稳定性差等问题。提出一种基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）工艺的微型压阻式压敏芯片，通过敏感膜结构优化设计，实现了高稳定性、高抗过载性的颅内压监测传感器设计。通过理论建模与有限元仿真，建立膜厚与边长的协同优化模型，提升结构线性度。采用绝缘体上硅薄膜（Silicon-On-Insulator, SOI）材料与深硅刻蚀工艺结合刻蚀形成敏感膜，以制备传感芯片。测试表明：工作环境下芯片灵敏度达0.34 mV/kPa，迟滞、重复性及非线性误差分别优于0.13%FS、 0.011%FS和0.19%FS。本研究为微型生物医学传感器提供了可拓展的技术路径。

关键词

压力传感器 / 微机电系统 / 颅内压 / 压阻效应

基金资助

国家自然科学基金资助项目（62304209）; 国家重点研发计划资助项目（2023YFB3209100）; 山西省科技重大专项“揭榜挂帅”资助项目（202301030201003）; 山西省重点研发计划资助项目（202302030201001）; 山西省基础研究计划资助项目（20210302123203）