[發明專利]數字微流控芯片

在審

• 申請號: 202111385262.0
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114023773A
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 程鑫;劉榮躍;劉嘉澤;行亞茹;詹紹虎;李婕
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01L27/12
• 分類號: H01L27/12
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產權代理事務所 44271
• 代理人: 滿群

本發明提供一種數字微流控芯片，其包括有源矩陣薄膜晶體管陣列基板、分立式疏水膜、上蓋板、疏水膜以及注入在所述分立式疏水膜和疏水膜之間的液滴和硅油；所述有源矩陣薄膜晶體管陣列基板包括多個薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括柵極、覆蓋所述柵極的柵介電層、位于所述柵介電層上且位于所述柵極上方的溝道區、分別位于所述溝道區兩側且均與所述溝道區接觸的源極和漏極；所述漏極和柵極均投影到同一個平面時漏極和柵極之間存在間距。本發明偏置漏極的AM?TFT陣列基板可以提高數字微流控芯片的工作電壓，工作電壓可以根據應用需求可調，提高了系統的通用性；分立式疏水膜用完可以直接撕下來扔掉、更換；本發明數字微流控芯片可以重復利用、節約成本。

技術領域

本發明涉及數字微流控的技術領域，尤其涉及一種數字微流控芯片。

背景技術

靈便的微納米流體控制對于眾多生命科學和化學科學合成以及動力學和熱力學研究至關重要。目前已投入大量精力開發高度集成和自動化的數字微流控芯片，數字微流控芯片用于化學和生物應用中的小型化分析。

數字微流控芯片基于介電潤濕(EWOD)的數字微流控芯片(DigitalMicrofluidics,DMF)，其可以允許在表面上進行電子可重構的2-D運動，具有較高的靈活性和易于制造的過程，可以集成多種功能，因此得到了最廣泛的應用。

介電潤濕(EWOD)的數字微流控芯片(Digital Microfluidics,DMF)簡稱為EWODDMF芯片，其工作原理是通過向電極施加適當的電壓來改變液滴和電極(涂有介電層和疏水層)之間的界面張力來操縱液滴。

現有的EWOD DMF芯片中，底部基板由圖案化的導電層組成形成由外部裝置提供電壓的獨立電極陣列，例如PCB。然而，EWOD DMF芯片基于PCB有許多限制，包括：(1)有限的電連接數量限制了液滴操作的數量和類型；(2)將m×n內部電極連接到外部控制電路的電極線可能會引起干擾并限制電極陣列的尺寸(如果這些線位于電極間隙中)；(3)需要許多外部開關裝置和互連，并隨著像素的數量(增加的尺寸或分辨率)而擴展，因此，隨著輸入-輸出連接數量的增加，設備變得笨重，制造工藝和成本可能變得復雜和昂貴。

使用互補金屬氧化物半導體CMOS架構構建的微電極陣列也被用于EWOD DMF芯片，由于COMS制造成本高，尺寸有限，最大電壓處理能力有限(通常為5V)，而且重要的是，它們不是光學透明的。

一種更具吸引力的技術是將液晶顯示器(LCD)中使用的有源矩陣薄膜晶體管(AM-TFT)陣列集成到EWOD DMF芯片中。AM-TFT陣列可以減少EWOD DMF芯片中電極連線的數量，這對于最小化設備的整體尺寸至關重要，同時允許更高密度和更高分辨率的陣列。另外，AM-TFT陣列與EWOD DMF芯片集成具有增強的功能(可以允許集成更多功能的電子元器件，感測液滴位置和大小、加熱液滴)、敏捷性和可編程性。然而，盡管AM-TFT尋址提供了卓越的功能和可配置性，但它的制造成本較高；另一方面，AM-TFT的工作電壓常在0～60V之間，對需要高壓驅動的液滴來說，顯得非常困難。因此，如何開發出高壓AM-TFT陣列，并能提高AM-TFT陣列的使用率、降低成本，是當前EWOD DMF芯片中亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于薄膜晶體管的高工作電壓可重復利用高通用性的數字微流控芯片。

本發明提供一種數字微流控芯片，其包括有源矩陣薄膜晶體管陣列基板，還包括位于所述有源矩陣薄膜晶體管陣列基板上的分立式疏水膜、上蓋板、位于上蓋板底部的疏水膜以及注入在所述分立式疏水膜和疏水膜之間的液滴和硅油；所述有源矩陣薄膜晶體管陣列基板包括多個薄膜晶體管，所述薄膜晶體管包括柵極、覆蓋所述柵極的柵介電層、位于所述柵介電層上且位于所述柵極上方的溝道區、分別位于所述溝道區兩側且均與所述溝道區接觸的源極和漏極；所述漏極和柵極均投影到同一個平面時漏極和柵極之間存在間距。

進一步地，所述間距為1～微米100微米。