一种用于慢性体内神经记录的高密度硅基微电极阵列

《Journal of Microelectromechanical Systems》：A High-Density Silicon-Based Microelectrode Array for Chronic In Vivo Neural Recording

三维高密度硅神经微电极阵列垂直分离互连与记录位点，互连线宽/间距1μm，集成256通道（0.8mm2），密度提升41.8%，串扰<10μV，热稳定性安全，优化粘接工艺降低成本，10周慢性记录验证信号质量与可靠性，适用于脑机接口。

　　

摘要：

我们开发了一种高密度硅基神经微电极阵列，其三维结构将金属互连层与记录单元垂直分隔开来。这种设计将信号采集层和传输层分离，克服了传统共面布局的空间限制。通过将互连线的宽度和间距缩小到1微米米，该阵列在0.8平方毫米的面积内集成了256个记录通道，与共面结构相比，通道密度提高了41.8%。电路仿真表明，相邻互连之间的串扰低于10微伏伏；热仿真则确认了工作温度上升保持在安全范围内，确保了长期体内记录的稳定性。我们通过取消预键合工艺优化了高密度键合接口，简化了倒装芯片键合流程，降低了制造复杂性和成本，并提高了器件的一致性。这种接口设计还提升了系统的可扩展性，实现了更高吞吐量的集成。为期10周的长期记录实验评估了关键性能指标，包括脉冲幅度、发射频率和信噪比（SNR）。结果表明，在整个10周的时间内，高质量的自发神经信号被稳定记录下来，验证了该电极在长期记录中的可靠性。这些发现证实，基于高密度硅的MEA能够实现高分辨率、长期稳定的神经记录，在脑机接口和神经工程应用中具有巨大潜力。[2025-0134]