CN108209941B - 血氧探测器探测单元、探头及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种血氧探测器探测单元，包括：信号发射端，用于向人体皮肤方向发射红外线，其由下自上包括：红外线发射模块，用于向人体皮肤方向发射红外线；以及红光发射模块，用于向人体皮肤方向发射红光；以及信号接收端，与所述信号发射端相邻设置，用于接收来自人体皮肤方向的，由所述信号发射端发出，照射人体皮肤后反射回的红外线，根据红外线和红光吸收率的差值，计算出人体皮肤中的血氧饱和度。信号发射端和信号接收端相邻设置，且血氧探测器探头单元整体尺寸很小，在人体运动过程中，信号发射端和信号接收端相对皮肤而言只发生了极小的相对运动，因此光电信号可以保持稳定。

Description

血氧探测器探测单元、探头及其制备方法

技术领域

本发明涉及血样检测技术领域，尤其涉及一种血氧探测器探测单元、探头及其制备方法。

背景技术

血氧饱和度能反映出人体是否缺氧、是否运动过度、是否有高原反应等，对于新生儿、老年人以及运动人群显得尤其重要。光电血氧监测技术是一种利用氧合血红蛋白(HbO)与普通血红蛋白(Hb)的吸收光谱不同，从而测定血液中氧合血红蛋白比率(即血氧饱和度)的一种无损生物特征检测手段。具体而言，这种方法通过不同波长的红外光对皮肤进行照射，并对穿过皮肤的光进行探测，根据吸收率的差值进行测算HbO的比率的无创式检测手段，是现在最为主要的血氧监测手段。

现在市场上主要应用光电血氧监测技术的产品是指夹式脉氧仪，其包括两个发光二极管，以及光线接受装置，发光二极管与光线接受装置的相对位置固定，两个发光二极管分别发出不同波长的光，通过光线接受装置接收反射回的光线，根据反射光线与入射光线相比较，即可得出使用者的血氧饱和度，其中发光二极管和光线接受装置集成在一夹具内，夹具夹持在使用者的指尖上。

此种测量仪器体积较大，对监测对象的稳定性的要求非常高，因为仪器所固定的光路不能随着人的运动而运动，导致人体在运动的时候检测结果会发生很大的误差，使信号对人体运动有较大的敏感度。然而人体的心率和血液含氧量，是最需要进行实时监测的数据之一。如何不影响被测对象正常活动，并且克服普通运动下的干扰，实现实时随体监测是光电检测血氧饱和度的重要课题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开的目的在于提供一种血氧探测器探测单元、探头及其制备方法，以缓解现有技术中的血氧探测仪对监测对象的稳定性的要求非常高，导致人体在运动的时候检测结果会发生很大的误差，使信号对人体运动有较大的敏感度的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种血氧探测器探测单元，包括：信号发射端，用于向人体皮肤方向发射红外线，其由下自上包括：红外线发射模块，用于向人体皮肤方向发射红外线；以及红光发射模块，用于向人体皮肤方向发射红光；以及信号接收端，与所述信号发射端相邻设置，用于接收来自人体皮肤方向的，由所述信号发射端发出，照射人体皮肤后反射回的红外线，根据红外线和红光吸收率的差值，计算出人体皮肤中的血氧饱和度。

在本公开中，其中：所述红外线发射模块由上自下包括：P型电极层，其上设置有金属电极；红外LED层，形成于所述P型电极层下方；以及底层N型电极层，形成于所述红外LED层下方，且形成出所述红外LED层外，其上设置有所述金属电极；所述红光发射模块由上自下包括：顶层N型电极层，其上设置有所述金属电极；红光LED层，形成于所述顶层N型电极层下方；以及P型电极层，形成于所述红光LED层下方，且形成出所述红光LED层外，其上设置有所述金属电极；其中，所述红外线发射模块和所述红光发射模块共用同一所述P型电极层。

在本公开中，所述信号接收端由上自下包括：P型电极层，其上设置有金属电极；红外LED层，形成于所述P型电极层下方；以及底层N型电极层，形成于所述红外LED层下方，且形成出所述红外LED层外，其上设置有所述金属电极。

在本公开中，还包括：红外DBR反射层，其反射波长与所述红外LED层的发光中心波长匹配设置，其分别设置在所述信号发射端和所述信号接收端中，形成于所述底层N型电极层和所述红外LED层之间；以及红光DBR反射层，其反射波长与所述红光LED层的发光中心波长匹配设置，设置在所述信号发射端中，形成于所述P型电极层和所述红光LED层之间；其中，所述红外DBR反射层和所述红光DBR反射层均包括：多层交替生长的GaAs材料和AlGaAs材料。

在本公开中，其中，所述金属电极包含：Au/AuGeNi合金材料，其厚度介于100nm和300nm之间。

根据本公开的另一个方面，还提供一种血氧探测器探头，高度不高于十微米，包括：本公开提供的血氧探测器探测单元；柔性绝缘材料，覆盖在所述血氧探测器探头单元上，包括：电极窗口，设置在柔性绝缘材料内侧，分别与多个所述金属电极连通；以及导线，设置在所述电极窗口内，分别将多个所述金属电极与外界连通；以及可延展柔性材料，包裹在所述柔性绝缘材料外侧。

在本公开中，其中，所述柔性绝缘材料包含：含有萘醌及其衍生物的光刻胶和聚甲基丙烯酸甲酯；所述可延展柔性材料包含：聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯以及聚丙烯酸酯。

更具本公开的再一个方面，还提供一种一种制备方法，用于制备本公开提供的血氧探测器探头，包括：步骤A：在衬底上由下自上依次生长：腐蚀停止层、底层N型电极层、红外DBR反射层、红外LED层、P型电极层、红光DBR反射层、红光LED层和顶层N型电极层；步骤B：在步骤A形成的基片上蚀刻出所述信号发射端和所述信号接收端，并设置金属电极，蚀刻深度到所述腐蚀停止层上表面为止；步骤C：对步骤B形成的基片进行柔性绝缘材料覆盖，并在所述柔性绝缘材料内部设置所述导线；步骤D：在步骤C形成的基片上涂覆所述可延展柔性材料；步骤E：去除步骤D形成的基片中的所述衬底和所述腐蚀停止层。

在本公开中，所述步骤B包括：步骤B1：在所述顶层N型电极层上局部区域设置第一掩膜，并刻蚀到P型电极层上表面，初步蚀刻出所述红光发射模块；步骤B2：在顶层N型电极层上，以及所述P型电极层上的局部区域分别设置两第二掩膜，并蚀刻到底层N型电极层上表面，其中所述第二掩膜延伸出所述顶层N型电极层外侧，初步蚀刻出所述红外线发射模块以及所述信号接收端；步骤B3：在顶层N型电极层，以及所述信号接收端的所述P型电极层上分别设置两第三掩膜，并蚀刻到所述腐蚀停止层上表面，其中两所述第三掩膜分别延伸出所述顶层N型电极层的外侧和所述P型电极层的外侧，使所述信号发射端和所述信号接收端所对应的底层N型电极层分开；步骤B4：在所述红外线发射模块、所述红光发射模块、以及所述信号接收端上分别设置多个金属电极。

在本公开中，所述步骤C包括：步骤C1：在步骤B形成的基片上覆盖一层柔性绝缘材料；步骤C2：在步骤C1覆盖的柔性绝缘材料上蚀刻出所述电极窗口；步骤C3：在步骤C2形成的基片上覆盖一层导线材料，导线材料通过所述电极窗口分别与多个所述金属电极连接；步骤C4：通过光刻使所述导线材料形成所述导线；步骤C5：在所述导线上方再覆盖一层柔性绝缘材料，使所述导线被包裹于所述柔性绝缘材料内。

在本公开中，所述步骤D中，所述可延展柔性材料包裹于所述柔性绝缘材料外侧，并使所述腐蚀停止层和所述衬底露出所述可延展柔性材料外。

在本公开中，所述衬底为III-V族半导体衬底。

在本公开中，所述III-V族半导体衬底是GaAs材料衬底；所述红外LED层包括：GaAs量子阱材料或GaAs晶体材料；所述红光LED层包括：GaAs量子阱材料或AlGaInP材料；所述腐蚀停止层包括：AlAs材料；所述第一掩膜、所述第二掩膜和所述第三掩膜包括：AZ5214型光刻胶、AZ6130型光刻胶或二氧化硅薄膜材料；所述导线材料包含金属金，其厚度介于100nm和300nm之间；所述红外LED层的发光中心波长均介于808nm和950nm之间；所述红光LED层的发光中心波长介于650nm和808nm之间。

在本公开中，所述红外DBR反射层和所述红光DBR反射层与所述衬底的晶格常数匹配设置。

在本公开中，在步骤A中，采用金属氧化物化学气相沉积方法或分子束外延方法。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的血氧探测器探头具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)信号发射端和信号接收端相邻设置，且血氧探测器探头单元整体尺寸很小，在人体运动过程中，信号发射端和信号接收端相对皮肤而言只发生了极小的相对运动，因此光电信号可以保持稳定；

(2)信号发射端采用同轴设置的不同波长的LED层交替点亮，并被信号接收端吸收，进一步提高了光电信号的稳定性；

(3)红外线发射模块和红光发射模块共用同一P型电极层，能够进一步减小血氧探测器探测单元的高度，并且节省材料；

(4)通过设置红外DBR反射层和红光DBR反射层，提高LED的反射率，从而间接提高了LED的发光亮度，进而提高了信号接收端的信号强度；

(5)将导线设置在柔性绝缘材料内，从而通过柔性绝缘材料对导线进行力学和电学的隔离，提高导线的抗干扰能力以及延长导线的使用寿命；

(6)采用比皮肤还柔软的可延展柔性材料包裹在血氧探测器探头外侧，使人体几乎感觉不到这个器件的存在，并且器件本身高度不大于十微米，对人体的运动不易产生影响；

(7)器件紧密贴合人体，LED的功率不需要很高，就可以获得较好的反射光信号，从而进一步降低了器件工作的功耗；

(8)红外DBR反射层和红光DBR反射层与衬底的晶格常数匹配设置，从而使生长质量更优良；

(9)采用刻蚀方法在整块基片上形成信号发射端和信号接收端，从而使信号发射端和信号接收端之间更紧凑，节省物料，降低成本。

附图说明

图1为本实施例提供的血氧探测器探测单元的结构示意图。

图2为本实施例提供的血氧探测器探测单元的另一种结构示意图。

图3为本实施例提供的血氧探测器探头的结构示意图。

图4为本实施例提供的制备方法中，在衬底上生长外延结构的示意图。

图5为本实施例提供的制备方法中，在外延结构上设置第一掩膜的示意图。

图6为本实施例提供的制备方法中，对外延结构进行刻蚀到P型电极层的示意图。

图7为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到P型电极层后的外延结构上设置第二掩膜的示意图。

图8为本实施例提供的制备方法中，对外延进行刻蚀到底层N型电极层的示意图。

图9为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到底层N型电极层后的外延结构上设置第三掩膜的示意图。

图10为本实施例提供的制备方法中，对外延进行刻蚀到腐蚀停止层的示意图。

图11为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到腐蚀停止层后的外延结构上制备金属电极的示意图。

图12为本实施例提供的制备方法中，涂覆第一层柔性绝缘材料后的示意图。

图13为本实施例提供的制备方法中，在第一层柔性绝缘材料上设置电极窗口的示意图。

图14为本实施例提供的制备方法中，在第一层柔性绝缘材料上涂覆导线材料的示意图。

图15为本实施例提供的制备方法中，设置柔性绝缘材料-导线-柔性绝缘材料多层互连结构后的示意图。

图16为本实施例提供的制备方法中，制备完可延展柔性材料覆盖后的结构示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-底层N型电极层；

11-底层N型电极层；(信号发射端)；

12-底层N型电极层(信号接收端)；

20-红外LED层；

21-红外LED层(信号发射端)；

22-红外LED层(信号接收端)；

30-P型电极层；

31-P型电极层(信号发射端)；

32-P型电极层(信号接收端)；

40-红光LED层； 50-顶层N型电极层； 60-金属电极；

70-红外DBR反射层；

71-红外DBR反射层(信号发射端)；

72-红外DBR反射层(信号接收端)；

80-红光DBR反射层；

90-柔性绝缘材料；

91-电极窗口；

92-导线材料层；

100-可延展柔性材料； 110-衬底； 120-腐蚀停止层；

130-第一掩膜； 140-第二掩膜； 150-第三掩膜；

具体实施方式

本公开中，信号发射端和信号接收端相邻设置，且血氧探测器探头单元整体尺寸很小，在人体运动过程中，LED和探测器相对皮肤而言只发生了极小的相对运动，因此光电信号可以保持稳定。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种血氧探测器探测单元。图1为本实施例提供的血氧探测器探测单元的结构示意图。如图1所示，本公开提供的血氧探测器探测单元包括：

信号发射端，用于向人体皮肤方向发射红外线，其由下自上包括：

红外线发射模块，用于向人体皮肤方向发射红外线；以及

红光发射模块，用于向人体皮肤方向发射红光；以及

信号接收端，与所述信号发射端相邻设置，用于接收来自人体皮肤方向的，由所述信号发射端发出，照射人体皮肤后反射回的红外线，根据红外线和红光吸收率的差值，计算出人体皮肤中的血氧饱和度。

信号发射端和信号接收端相邻设置，通过对红外线发射模块和红光发射模块交替点亮，信号发射端向上方发出的红外线和红光，照射人体皮肤后，反射回来，从上方照射到信号接收端上，从而能够根据红外线和红光的吸收情况，判断人体的血氧饱和度，且血氧探测器探头单元整体尺寸很小，在人体运动过程中，信号发射端和信号接收端相对皮肤而言只发生了极小的相对运动，因此光电信号可以保持稳定，并且信号发射端采用同轴设置的不同波长的LED层交替点亮，并被信号接收端吸收，进一步提高了光电信号的稳定性。

以下分别对本公开提供的血氧探测器探测单元的各个组成部分进行详细说明。

在本公开中，如图1所示，其中：

红外发射模块由上自下包括：

P型电极层31，其上设置有金属电极60；

红外LED层21，形成于P型电极层31下方；以及

底层N型电极层11，形成于红外LED层21下方，且形成出红外LED层21外，其上设置有金属电极60；

红光发射模块由上自下包括：

顶层N型电极层50，其上设置有金属电极60；

红光LED层40，形成于顶层N型电极层50下方；以及

P型电极层31，形成于红光LED层40下方，且形成出红光LED层40外，其上设置有金属电极60。

在信号发射端中，对底层N型电极层11以及P型电极层31上的金属电极60施加正向偏压即可点亮红外LED层21，对顶层N型电极层50以及P型电极层31上的金属电极60施加正向偏压，即可点亮红光LED层40。

在本公开中，如图1所示，其中，红外线发射模块和红光发射模块共用同一P型电极层31，采用此种设置，能够进一步减小血氧探测器探测单元的高度，并且节省材料。

在本公开中，如图1所示，信号接收端由上自下包括：

P型电极层32，其上设置有金属电极60；

红外LED层22，形成于P型电极层32下方；以及

底层N型电极层12，形成于红外LED层22下方，且形成出红外LED层22外，其上设置有金属电极60。

在信号接收端中，在底层N型电极层12以及P型电极层32上的金属电极60上连接电信号接收装置，当信号发射端的红外LED层21或红光LED层40发出的红外线或红光照射到人体皮肤后反射回来并照射在信号接收端的红外LED层22上时，信号接收端的金属电极60会向外输送一个电信号，根据电信号强度的大小，即可换算出红外线或红光的吸收率，从而能够得到人体的血氧饱和度。

在本公开中，其中，信号发射端和信号接收端的间距不超过3cm。采用此种设置，能够保证信号接收端能够准确地接收信号发射端发出的并经人体皮肤反射回的红外线。

图2为本实施例提供的血氧探测器探测单元的另一种结构示意图。如图2所示，在本公开中，还包括：

红外DBR反射层71(72)，其反射波长与红外LED层21(22)的发光中心波长匹配设置，其分别设置在信号发射端和信号接收端中，形成于底层N型电极层11(12)和红外LED层21(22)之间；以及

红光DBR反射层80，其反射波长与红光LED层40的发光中心波长匹配设置，设置在信号发射端中，形成于P型电极层31和红光LED层40之间。

此处所述DBR是指distributed Bragg reflection，又叫分布式布拉格反射镜，反射率在99％以上，采用此种结构能使红外LED层21(22)和红光LED层40发出光全部照射向同一方向，提高LED的反射率，从而间接提高了LED的发光亮度，进而提高了信号接收端接收到的信号的强度。

在本公开中，其中，红外DBR反射层71(72)和红光DBR反射层80均包括：多层交替生长的GaAs材料和AlGaAs材料。

在本公开中，其中，金属电极60包含：Au/AuGeNi双层合金材料，其厚度介于100nm和300nm之间。

图3为本实施例提供的血氧探测器探头的结构示意图。如图3所示，在本公开的一个示例性实施例中，还提供一种血氧探测器探头，高度不高于十微米，包括：

本实施例提供的血氧探测器探测单元；

柔性绝缘材料90，覆盖在血氧探测器探头单元上，包括：

电极窗口91，设置在柔性绝缘材料90内侧，分别与多个金属电极60连通；以及

导线，设置在电极窗口91内，分别将多个金属电极60与外界连通；以及

可延展柔性材料100，包裹在柔性绝缘材料90外侧。

将导线设置在柔性绝缘材料90内，从而通过柔性绝缘材料90对导线进行力学和电学的隔离，提高导线的抗干扰能力以及延长导线的使用寿命；采用比皮肤还柔软的可延展柔性材料100包裹在血氧探测器探头外侧，使人体几乎感觉不到这个器件的存在，并且器件本身高度不高于十微米，对人体的运动不易产生影响；实际应用时，血氧探测器探头紧密贴合人体，LED的功率不需要很高，就可以获得较好的反射光信号，从而进一步降低了器件工作的功耗。

在本公开中，其中，柔性绝缘材料90包含：含有萘醌及其衍生物的光刻胶和聚甲基丙烯酸甲酯。

在本公开中，其中，可延展柔性材料100包含：聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯以及聚丙烯酸酯。

图4为本实施例提供的制备方法中，在衬底上生长外延结构的示意图。图5为本实施例提供的制备方法中，在外延结构上设置第一掩膜的示意图。图6为本实施例提供的制备方法中，对外延结构进行刻蚀到P型电极层的示意图。图7为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到P型电极层后的外延结构上设置第二掩膜的示意图。图8为本实施例提供的制备方法中，对外延进行刻蚀到底层N型电极层的示意图。图9为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到底层N型电极层后的外延结构上设置第三掩膜的示意图。图10为本实施例提供的制备方法中，对外延进行刻蚀到腐蚀停止层的示意图。图11为本实施例提供的制备方法中，在已刻蚀到腐蚀停止层后的外延结构上制备金属电极的示意图。图12为本实施例提供的制备方法中，涂覆第一层柔性绝缘材料后的示意图。图13为本实施例提供的制备方法中，在第一层柔性绝缘材料上设置电极窗口的示意图。图14为本实施例提供的制备方法中，在第一层柔性绝缘材料上涂覆导线材料的示意图。图15为本实施例提供的制备方法中，设置柔性绝缘材料-导线-柔性绝缘材料多层互连结构后的示意图。图16为本实施例提供的制备方法中，制备完可延展柔性材料覆盖后的结构示意图。如图4-图16所示，在本公开的一个示例性实施例中，还提供一种制备方法，用于制备本实施例提供的血氧探测器探头，包括：

步骤A：如图4所示，选择一衬底110，对其进行标准化清洗后，在衬底110上由下自上依次生长：腐蚀停止层120、底层N型电极层10、红外DBR反射层70、红外LED层20、P型电极层30、红光DBR反射层80、红光LED层40和顶层N型电极层50，其中，腐蚀停止层120的厚度在100nm左右；

步骤B：如图5-图11所示，在步骤A形成的基片上蚀刻出信号发射端和信号接收端，并设置金属电极60，蚀刻深度到腐蚀停止层120上表面为止；

步骤C：如图12-图15所示，对步骤B形成的基片进行柔性绝缘材料90覆盖，并在柔性绝缘材料90内部设置导线；

步骤D：如图16所示，在步骤C形成的基片上涂覆可延展柔性材料100，例如：将PDMS(polydimethylsiloxane-聚二甲基硅氧烷)和固化剂以重量比10∶1的比例调兑，并浇筑在基片上，用低转速进行匀胶，然后在60℃下固化2.5小时；

步骤E：去除步骤D形成的基片中的衬底110和腐蚀停止层120，例如：将基片固定在磨抛机上，用机械磨抛的方式将衬底减薄至100μm左右，防止在后续步骤中减薄对柔性部分产生不利影响，然后，采用柠檬酸缓冲液∶H2O2＝4∶1的腐蚀液对衬底(一般为GaAs)进行腐蚀，由于腐蚀停止层120为AlAs材质，很难被柠檬酸缓冲液腐蚀，因此对腐蚀液有很好的停止作用，将基片浸泡在腐蚀液中约1小时，观察到衬底110被去除后即刻将剩余基片取出，放置清水中处理，对于腐蚀停止层120，在10％HF的腐蚀液中漂洗数秒即刻去除。

在本公开中，步骤B包括：步骤B1：在顶层N型电极层50上生长一层掩膜材料，通过光刻对掩膜进行图形化，从而使顶层N型电极层50上表面的局部区域形成第一掩膜130，电极层一般为重N型或重P型掺杂的GaAs材料。红外LED层20或红光LED层40一般为GaAs/AlGaAs形成的双异质结结构。两者使用ICP(Inductively Coupled Plasma)的刻蚀速率不同。为了对基片能够实施条件连续的一次刻蚀，减少两次刻蚀条件带来的台面侧壁损伤，应生长较厚的掩膜材料。对于500nm厚的电极层、800nm厚的红外LED层20或红光LED层40，一般选择800nm-1000nm的掩膜材料。然后采用光刻技术，将红光LED层40的上台面以外的掩膜去除，形成第一掩膜130(如图5所示)，然后利用第一掩膜130，对基片进行刻蚀。刻蚀深度以达到红光LED层40下的P型电极层30为止(如图6所示)，并去除第一掩膜130，使顶层N型电极层50与P型电极层30呈阶梯状，即初步蚀刻出红光发射模块；

步骤B2：通过步骤B1中相同的方法，在顶层N型电极层50上，以及P型电极层30上的局部区域分别设置两第二掩膜140(如图7所示)，通过ICP刻蚀的方法，将没有保护的部分刻蚀到红外LED层20下层的底层N型电极层10上表面的位置，其中第二掩膜140延伸出顶层N型电极层外侧50，使刻蚀完成后的P型电极层31和P型电极层32与底层N型电极层10呈阶梯状(如图8所示)，即，初步蚀刻出红外线发射模块和信号接收端；

步骤B3：在顶层N型电极层50，以及信号接收端的P型电极层32上分别设置两第三掩膜150(如图9所示)，采用ICP或湿法腐蚀，蚀刻到腐蚀停止层120上表面，其中两第三掩膜150分别延伸出顶层N型电极层50的外侧和P型电极层32的外侧，使信号发射端和信号接收端所对应的底层N型电极层10分开成底层N型电极层11和底层N型电极层12两部分(如图10所示)；

步骤B4：在红外线发射模块、红光发射模块、以及信号接收端上分别设置多个金属电极60。通过金属溅射工艺，在步骤B3形成的基片上溅射一层50nm的AuGeNi合金，一层150nm的Au，通过光刻工艺，将金属电极60图形化(如图11所示)，底层N型电极层11(12)需要离台面有一定距离保证良好的电学隔离，一般为数十微米，然后将基片进行450℃，60秒的合金化，使金属电极60与电极层形成良好的欧姆接触。此时，在两金属电极60间加载正向偏压，LED可以点亮。其中，顶层N型电极层50和P型电极层31之间施加正向偏压可以点亮红光LED层40，底层N型电极层11和P型电极层31之间施加正向偏压可以点亮红外LED层21。

在本实施例中，步骤C包括：

步骤C1：在步骤B形成的基片上覆盖一层柔性绝缘材料90，柔性绝缘材料(例如：PI-Polyimide-聚酰亚胺)可以通过旋涂的方式进行覆盖。将聚酰亚胺涂敷在基片上，进行4000转/分的匀胶30秒，然后在140℃下烘烤1小时，可以获得2μm左右的柔性绝缘材料90(如图12所示)；

步骤C2：在步骤C1覆盖的柔性绝缘材料上蚀刻出所述电极窗口91，例如：采用2μm厚的AZ5214反胶作为掩膜，使用碱性显影液显影18秒可以获得较好的电极窗口91图形(如图13所示)；

步骤C3：在步骤C2形成的基片上通过金属溅射工艺覆盖一层导线材料，形成导线材料层92(例如：溅射200nm厚度的金属金)，导线材料层92通过电极窗口91分别与多个金属电极60连接(如图14所示)；

步骤C4：通过光刻或腐蚀使导线材料层92形成导线，在信号发射端中，P型电极层31为正极，底层N型电极层11和顶层N型电极层50为负极，红光发射模块和红外线发射模块通过并联方式连接；

步骤C5：设置好导线后，在导线上方通过相同的方法再覆盖一层柔性绝缘材料90(例如：PI)，使导线被包裹于柔性绝缘材料90内，形成PI-Au-PI的三层结构，用于对导线形成包层结构，进行力学和电学的隔离。

在本公开中，步骤D中，可延展柔性材料100包裹于柔性绝缘材料90外侧，并使腐蚀停止层120和衬底110露出可延展柔性材料100外，采用此种设置，能够便于后续对衬底110以及腐蚀停止层120进行清除，简化制备工艺。

在本公开中，衬底110为III-V族半导体衬底。

在本公开中，III-V族半导体衬底是GaAs材料衬底。

在本公开中，其中，红外LED层20的发光中心波长均介于808nm和950nm之间；红光LED层40的发光中心波长介于650nm和808nm之间。

在本公开中，其中，红外LED层2包括：GaAs量子阱材料或GaAs晶体材料；红光LED层4包括：GaAs量子阱材料或AlGaInP材料。

在本公开中，红外DBR反射层70和红光DBR反射层80与衬底110的晶格常数匹配设置，从而使生长质量更优良。

在本公开中，腐蚀停止层120包括：AlAs材料。

在本公开中，第一掩膜130、第二掩膜140和第三掩膜150的材料为：AZ5214型光刻胶、AZ6130型光刻胶或二氧化硅薄膜材料。

在本公开中，导线材料包含金属金，其厚度介于100nm和300nm之间。

在步骤A中，采用金属氧化物化学气相沉积方法或分子束外延方法生长外延层。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开提供的工矿灯有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的血氧探测器探头，信号发射端和信号接收端相邻设置，且血氧探测器探头单元整体尺寸很小，在人体运动过程中，信号发射端和信号接收端相对皮肤而言只发生了极小的相对运动，因此光电信号可以保持稳定；并且信号发射端采用同轴设置的不同波长的LED层交替点亮，并被信号接收端吸收，进一步提高了光电信号的稳定性；同时采用比皮肤还柔软的可延展柔性材料包裹在血氧探测器探头外侧，使人体几乎感觉不到这个器件的存在，并且器件本身高度不大于十微米，对人体的运动不易产生影响。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

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。

Claims (10)

1.一种血氧探测器探头，高度不高于十微米，包括：

血氧探测器探测单元，包括：

信号发射端，用于向人体皮肤方向发射红外线，其由下自上包括：

红外线发射模块，用于向人体皮肤方向发射红外线；所述红外线发射模块由上自下包括：

P型电极层，其上设置有金属电极；

红外LED层，形成于所述P型电极层下方；以及

底层N型电极层，形成于所述红外LED层下方，且形成出所述红外LED层外，其上设置有所述金属电极；以及

红光发射模块，用于向人体皮肤方向发射红光；所述红光发射模块由上自下包括：

顶层N型电极层，其上设置有所述金属电极；

红光LED层，形成于所述顶层N型电极层下方；以及

P型电极层，形成于所述红光LED层下方，且形成出所述红光LED层外，其上设置有所述金属电极；其中，所述红外线发射模块和所述红光发射模块共用同一所述P型电极层；以及

信号接收端，与所述信号发射端相邻设置，用于接收来自人体皮肤方向的，由所述信号发射端发出，照射人体皮肤后反射回的红外线，根据红外线和红光吸收率的差值，计算出人体皮肤中的血氧饱和度；

所述信号接收端由上自下包括：

P型电极层，其上设置有金属电极；

红外LED层，形成于所述P型电极层下方；以及

底层N型电极层，形成于所述红外LED层下方，且形成出所述红外LED层外，其上设置有所述金属电极；

所述信号发射端和信号接收端的间距不超过3cm；

所述血氧探测器探测单元，还包括：

红外DBR反射层，其反射波长与所述红外LED层的发光中心波长匹配设置，其分别设置在所述信号发射端和所述信号接收端中，形成于所述底层N型电极层和所述红外LED层之间；以及

红光DBR反射层，其反射波长与所述红光LED层的发光中心波长匹配设置，设置在所述信号发射端中，形成于所述P型电极层和所述红光LED层之间；

其中，所述红外DBR反射层和所述红光DBR反射层均包括：多层交替生长的GaAs材料和AlGaAs材料；

柔性绝缘材料，覆盖在所述血氧探测器探头单元上，包括：

电极窗口，设置在柔性绝缘材料内侧，分别与多个所述金属电极连通；以及

导线，设置在所述电极窗口内，分别将多个所述金属电极与外界连通；以及

可延展柔性材料，包裹在所述柔性绝缘材料外侧。

2.根据权利要求1所述的血氧探测器探头，其中，所述柔性绝缘材料包含：含有萘醌及其衍生物的光刻胶和聚甲基丙烯酸甲酯；

所述可延展柔性材料包含：聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯以及聚丙烯酸酯。

3.一种制备方法，用于制备如上述权利要求1-2中任一项所述的血氧探测器探头，包括：

步骤A：在衬底上由下自上依次生长：腐蚀停止层、底层N型电极层、红外DBR反射层、红外LED层、P型电极层、红光DBR反射层、红光LED层和顶层N型电极层；

步骤B：在步骤A形成的基片上蚀刻出所述信号发射端和所述信号接收端，并设置金属电极，蚀刻深度到所述腐蚀停止层上表面为止；

步骤C：对步骤B形成的基片进行柔性绝缘材料覆盖，并在所述柔性绝缘材料内部设置所述导线；

步骤D：在步骤C形成的基片上涂覆所述可延展柔性材料；

步骤E：去除步骤D形成的基片中的所述衬底和所述腐蚀停止层。

4.根据权利要求3所述的制备方法，所述步骤B包括：

步骤B1：在所述顶层N型电极层上局部区域设置第一掩膜，并刻蚀到P型电极层上表面，初步蚀刻出所述红光发射模块；

步骤B2：在顶层N型电极层上，以及所述P型电极层上的局部区域分别设置两第二掩膜，并蚀刻到底层N型电极层上表面，其中所述第二掩膜延伸出所述顶层N型电极层外侧，初步蚀刻出所述红外线发射模块以及所述信号接收端；

步骤B3：在顶层N型电极层，以及所述信号接收端的所述P型电极层上分别设置两第三掩膜，并蚀刻到所述腐蚀停止层上表面，其中两所述第三掩膜分别延伸出所述顶层N型电极层的外侧和所述P型电极层的外侧，使所述信号发射端和所述信号接收端所对应的底层N型电极层分开；

步骤B4：在所述红外线发射模块、所述红光发射模块、以及所述信号接收端上分别设置多个金属电极。

5.根据权利要求3所述的制备方法，所述步骤C包括：

步骤C1：在步骤B形成的基片上覆盖一层柔性绝缘材料；

步骤C2：在步骤C1覆盖的柔性绝缘材料上蚀刻出所述电极窗口；

步骤C3：在步骤C2形成的基片上覆盖一层导线材料，导线材料通过所述电极窗口分别与多个所述金属电极连接；

步骤C4：通过光刻使所述导线材料形成所述导线；

步骤C5：在所述导线上方再覆盖一层柔性绝缘材料，使所述导线被包裹于所述柔性绝缘材料内。

6.根据权利要求3所述的制备方法，所述步骤D中，所述可延展柔性材料包裹于所述柔性绝缘材料外侧，并使所述腐蚀停止层和所述衬底露出所述可延展柔性材料外。

7.根据权利要求4所述的制备方法，所述衬底为III-V族半导体衬底。

8.根据权利要求7所述的制备方法，所述III-V族半导体衬底是GaAs材料衬底；

所述红外LED层包括：GaAs量子阱材料或GaAs晶体材料；

所述红光LED层包括：GaAs量子阱材料或AlGaInP材料；

所述腐蚀停止层包括：AlAs材料；

所述第一掩膜、所述第二掩膜和所述第三掩膜包括：AZ5214型光刻胶、AZ6130型光刻胶或二氧化硅薄膜材料；

所述导线材料包含金属金，其厚度介于100nm和300nm之间；

所述红外LED层的发光中心波长均介于808nm和950nm之间；

所述红光LED层的发光中心波长介于650nm和808nm之间。

9.根据权利要求3所述的制备方法，所述红外DBR反射层和所述红光DBR反射层与所述衬底的晶格常数匹配设置。

10.根据权利要求3所述的制备方法，在步骤A中，采用金属氧化物化学气相沉积方法或分子束外延方法。

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