微纳加工制造电极阵列的质量受多环节因素影响，涵盖设计、材料、工艺参数及环境控制等多个维度。以下从关键影响因素展开分析：

一、设计层面因素

1. 结构参数合理性

尺寸与间距：

电极尺寸过小（如＜10 μm）可能导致光刻胶图形塌陷或金属沉积不均匀；间距过密（＜50 μm）易引发刻蚀时的 “微负载效应”（刻蚀速率随图形密度变化），导致线条宽度不一致。

案例：在神经电极阵列中，若电极间距小于 20 μm，湿法刻蚀可能因溶液扩散受限导致相邻电极粘连。

深宽比：

高深宽比结构（如＞5:1）对刻蚀工艺要求高，易出现侧壁倾斜或刻蚀残留物（如 DRIE 中的 “黑硅” 现象）。

2. 材料兼容性设计

基底与电极材料结合力：

金属与基底间若缺乏过渡层（如 Ti/Cr），可能因热膨胀系数差异导致薄膜剥落。例如，硅基底上直接溅射 Au 易因应力脱落，而 Ti/Au 复合层可显著改善附着力。

绝缘层与电极界面：

绝缘材料（如聚酰亚胺）与金属界面若存在气泡或缝隙，可能引发漏电或机械断裂。

二、材料特性因素

1. 基底材料纯度与缺陷

硅基底中的杂质（如氧、碳）或表面划痕会导致光刻胶粘附不良，或在刻蚀时形成异常腐蚀坑。

数据：高纯度硅（纯度＞99.999%）的电极阵列成品率比普通硅高 20%-30%。

2. 薄膜材料质量

金属薄膜致密度：

溅射沉积时若真空度不足（如＞10⁻³ Pa），薄膜易吸入气体形成孔隙，导致导电性下降或机械强度不足。

光刻胶灵敏度与分辨率：

低分辨率光刻胶（如普通 UV 光刻胶）无法实现纳米级图形（＜50 nm），而电子束光刻胶（如 PMMA）可达到 10 nm 级精度，但成本高且工艺复杂。

三、工艺参数因素

1. 光刻工艺

曝光能量与时间：

曝光不足会导致光刻胶未完全交联，显影时图形坍塌；曝光过度则可能引发 “邻近效应”（相邻图形因光散射相互干扰），尤其在高密度阵列中更为显著。

显影液浓度与时间：

显影液过浓或时间过长会腐蚀未曝光区域的光刻胶，导致图形失真；过稀或时间不足则残留胶层影响后续沉积。

2. 薄膜沉积工艺

溅射功率与气压：

高功率溅射可提高沉积速率，但易导致薄膜过热产生应力；低气压下离子平均自由程长，薄膜颗粒更细腻，但沉积速率慢。

蒸发源温度均匀性：

电子束蒸发时若蒸发源温度不均，会导致金属沉积厚度不均匀，尤其在大面积基底上误差可达 10%-15%。

3. 刻蚀工艺

刻蚀气体成分：

反应离子刻蚀（RIE）中，O₂用于光刻胶灰化，CF₄用于刻蚀 SiO₂，Cl₂用于刻蚀金属。气体比例不当会导致刻蚀选择性下降（如刻蚀金属时损伤绝缘层）。

刻蚀速率与均匀性：

等离子体密度不均匀会导致基底中心与边缘刻蚀速率差异（如边缘效应），尤其在直径＞4 英寸的晶圆上更为明显。

4. 剥离工艺

光刻胶厚度与坡度：

剥离时要求光刻胶形成 “倒梯形” 截面（底部宽、顶部窄），若胶层过薄或坡度不足，金属沉积后易形成桥接，导致剥离失败。

剥离液选择：

丙酮对 SU-8 光刻胶剥离效率低，需用专用剥离液（如 Remover PG），否则残留胶层会污染电极表面。

四、环境与设备因素

1. 洁净度控制

微纳加工需在洁净室（Class 100-1000）中进行，空气中的颗粒污染物（如灰尘、有机物）会导致光刻胶缺陷或薄膜污染，尤其在纳米级工艺中，一个微米级颗粒即可破坏整个电极结构。

2. 设备稳定性

光刻机对准精度：

步进式光刻机的套刻精度若＞1 μm，会导致多层电极图形错位，影响阵列导通性。

真空泵性能：

溅射或蒸发时若真空度波动，会导致薄膜成分不均匀（如氧化），尤其在沉积易氧化金属（如 Ti）时影响显著。

五、后处理与测试因素

1. 退火工艺

退火温度不足（如＜200℃）无法有效消除薄膜应力，导致电极开裂；温度过高则可能引发金属扩散（如 Au 向硅基底扩散），改变电学特性。

2. 表面修饰工艺

电镀时电流密度不均匀会导致镀层厚度不一致（如边缘厚、中心薄），影响电极阻抗均匀性。

生物涂层（如聚多巴胺）涂覆不均会导致细胞粘附或信号响应差异。

3. 测试方法可靠性

探针台针尖磨损或接触压力不均会导致测试数据偏差，误判电极导通性（如假阳性或假阴性）。