微流体传感元件及其制作方法技术

一种微流体传感元件，包括位于基材上的第一图案化导电层，具有第一电极、第二电极及第三电极。疏水层位于第一图案化导电层上，用以承载流体。半导体沟道层具有沟道区与第三电极重叠，与第三电极隔离。第二图案化导电层具有源极和漏极，位于沟道区两侧，与半导体沟道层接触，与第三电极隔离。传感层与第三电极和半导体沟道层之一者接触，具有传感区与第三电极重叠，经由疏水层的开口暴露于外。控制电路与第一电极、第二电极和第三电极耦接，在第一电极、第二电极和第三电极至少二者间提供电压差，以驱动流体在疏水层和传感层上运动。

Microfluidic sensor and its fabrication method

A microfluidic sensing element includes a first patterned conductive layer on a substrate having a first electrode, a second electrode and a three electrode. The hydrophobic layer is positioned on the first patterned conductive layer for carrying the fluid. The semiconductor channel layer overlaps the third electrode and is separated from the third electrode. Second patterned conductive layer has both source and drain, located on both sides of the channel region, contacting with the semiconductor channel layer and isolating from the third electrode. The sensing layer is contacted with one of the third electrodes and one of the semiconductor channel layers, and has a sensing area overlapped with the third electrode and exposed to the outside through the opening of the hydrophobic layer. The control circuit is coupled to the first electrode, the second electrode and the third electrode, and the voltage difference is provided between the first electrode, the second electrode and the third electrode at least two, so as to drive the fluid to move on the hydrophobic layer and the sensing layer.

【技术实现步骤摘要】
微流体传感元件及其制作方法
本专利技术是有关于一种生物微机电系统及其制造方法，特别是一种微流体传感元件。
技术介绍
生物信息技术利用应用数学、信息学、统计学和计算机科学等方法来收集、筛选、处理及利用各种生物学的资料。在进行生物信息的收集、筛选、处理及利用的过程中，生物样品的制备和分析需要耗费相当大的人力与时间。如何在成分复杂的检体中，以最少的准备步骤(Simple)实现高选择性(Highselectivity)、高敏感度(Highsensitivity)及快速检测的检测方法，已是目前业界的一大挑战。生物微机电系统(BiomedicalMicroelectromechanicalSystems，Bio-MEMS)是将微机电系统技术应用在生命科学领域，具有分析时间短、样品消耗少、自动化、快速平行分析与可抛弃式等优点。目前已被应用于生物信息的收集、筛选、处理及利用。典型的生物微机电系统，是一种结合微流体装置以及半导体级别(Scaled)的生物传感装置(Bio-sensor)的生物晶片，可以把复杂的微小流道与控制流道运作的阀件整合至数公分见方的晶片上，提供一套处理与分析的检验流程。然而，受限于实体流道和阀件的尺寸设计，传统微流道装置的制作尚无法与形成生物传感装置的半导体工艺充分整合。而是必须另外藉由打线(Wirebonding)或晶粒键合(Diebonding)的方式将二者整合在一起。不仅工艺工序较为繁复，也不符合元件微小化的趋势。因此，有需要提供一种先进的微流体传感元件及其制作方法，来解决习知技术所面临的问题。
技术实现思路
本说明书一实施例是公开一种微流体传感元件(Microfluidsensingdevice)，用以承载并传感流体的电化学特性(Electrochemicalproperties)，包括：第一基材、第一图案化导电层、第一疏水层(Hydrophobiclayer)、半导体沟道层、第二图案化导电层、传感层以及控制电路。第一图案化导电层位于第一基材上，具有相互隔离且依序邻接的第一电极、第二电极以及第三电极。第一疏水层位于第一图案化导电层上方，用以承载流体。半导体沟道层具有一沟道区与第三电极重叠，并与第三电极隔离。第二图案化导电层具有源极和漏极，分别位于沟道区的两侧，并与沟道区接触，且与第三电极隔离。传感层与第三电极和半导体沟道层之一者接触，且具有传感区与第三电极重叠，并经由第一疏水层的开口暴露于外。控制电路与第一电极、第二电极和第三电极耦接，并在第一电极、第二电极和第三电极至少二者之间提供至少一个电压差，以驱动流体在第一疏水层和传感层上运动。本说明书的另一实施例是公开一种微流体传感元件的制作方法，包括下述步骤：首先，提供第一基材，并于第一基材上形成第一图案化导电层，使第一图案化导电层具有相互隔离且依序邻接的第一电极、第二电极以及第三电极。然后，于第一图案化导电层上形成第一疏水层，并形成半导体沟道层，使其具有一沟道区与第三电极重叠，且与第三电极隔离。形成第二图案化导电层，使其具有源极和漏极，分别位于沟道区的两侧，并与沟道区接触，且与第二图案化导电层隔离。形成传感层，与第三电极和该半导体沟道层之一者直接接触，且具有传感区与第三电极重叠，并经由第一疏水层的一个开口暴露于外。提供控制电路，与第一电极、第二电极和第三电极耦接。根据本说明书的实施例，本专利技术是在公开一种微流体传感元件及其制作方法。其系藉由半导体工艺，将包括至少一个第一电极、一个第二电极、一个第三电极和一个疏水层的微流体单元以及包括至少一个半导体沟道层、一个源极/漏极层、一个传感层的电化学传感单元整合在单一基材上，以制作出一个同时具有半导体级别之微流体单元和电化学传感单元的微流体传感元件。其中，第一电极、第二电极和第三电极位于同一个图案化金属层上。疏水层覆盖于第一电极、第二电极和第三电极上，用以承载液体。半导体沟道层具有沟道区和第三电极至少部分重叠，且与第三电极隔离。源极/漏极层位于沟道区的两侧，并与沟道区接触。藉由控制电路来对第一电极、第二电极和第三电极施加不同电压，利用介电湿润(ElectrowettingOnDielectric，EWOD)的原理来驱动用来作为检验样品的液滴，使其在疏水层上进行运动；再藉由电化学传感单元测量检验样品的电化学特性。通过半导体工艺整合方法，可将微流体元件制作成为一种具有半导体级别的生物微机电系统，并且和电化学传感单元同时形成，不但简化了微流体传感元件的工艺步骤，且可以大幅降低元件尺寸。另外，藉由具有半导体级别的微流体单元来对液滴状的检验样品进行运输、试剂混合、分离和分散操作可以大幅减少试剂的用量与人工操作成本，同时提高检验的效能。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。附图说明图1A至图1H系根据本说明书的一实施例，示出制作微流体传感元件的部分工艺结构剖面示意图；图2系根据本说明书的另一实施例所示出的微流体传感元件的部分结构剖面示意图；图3A和图3B系分别示出采用微流体传感元件对液体进行分离和混合处理时的操作示意图；以及图4系根据本说明书的又一实施例所示出的微流体传感元件的部分结构剖面示意图。其中，附图标记：100：微流体传感元件101：基材10la：基材表面102：第一图案化导电层102a：第一电极102b：第二电极102c：第三电极102c1：主体部102c2：延伸部102c3：连接部102d：第四电极102e：第五电极102f：第六电极102g：第七电极103：介电层104：半导体沟道层104a：沟道区105：第二图案化导电层105a：源极105b：漏极105c：开口106：传感层106a：传感区107：疏水层107a：疏水层的开口108：控制电路109：接触电极110：导线111：数字微流体平台112：液体113：参考电极114：电化学传感单元200：微流体传感元件201：上方基材201a：上方基材的表面202：腔室203：疏水层204：共同电极层312、312’：液体312a、312b、312a’、312b’：子液滴400：微流体传感元件401：传感层402：薄膜场效应晶体管414：电化学传感单元具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述：本说明书是提供一种微流体传感元件的制作方法，可简化微流体传感元件的工艺步骤，并大幅降低微流体传感元件的尺寸。为了对本说明书之上述实施例及其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式作详细说明。但必须注意的是，这些特定的实施案例与方法，并非用以限定本专利技术。本专利技术仍可采用其他特征、元件、方法及参数来加以实施。较佳实施例的提出，仅系用以例示本专利技术的技术特征，并非用以限定本专利技术的申请专利范围。该
中具有通常知识者，将可根据以下说明书的描述，在不脱离本专利技术的精神范围内，作均等的修饰与变化。在不同实施例与图式之中，相同的元件，将以相同的元件符号加以表示。请参照图1A至图1G，图1A至图1G系根据本说明书的一实施例，示出制作微流体传感元件100的部分工艺结构剖面示意图。制作微流体传感元件100的方法，包括下述步骤：首先，提供一个基材101(如图1A所示)。在本说明书的一些实施例中基材101本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流体传感元件，用以承载并传感一流体的一电化学特性，其特征在于，包括：一第一基材；一第一图案化导电层，位于该第一基材上，具有相互隔离，且依序邻接的一第一电极、一第二电极以及一第三电极；一第一疏水层，位于该第一图案化导电层上方，用以承载该流体；一半导体沟道层，具有一沟道区与该第三电极重叠，并与该第三电极隔离；一第二图案化导电层，具有一源极和一漏极，分别位于该沟道区的两侧，并与该沟道区接触，且与该第三电极隔离；一传感层，与该第三电极和该半导体沟道层之一者接触，且具有一传感区与该第三电极重叠，并经由该第一疏水层的一开口暴露于外；以及一控制电路，与该第一电极、该第二电极和该第三电极耦接，并在该第一电极、该第二电极和该第三电极至少二者之间提供至少一电压差，以驱动该流体在该第一疏水层和该传感层上运动。

【技术特征摘要】
2017.12.18 TW 1061443951.一种微流体传感元件，用以承载并传感一流体的一电化学特性，其特征在于，包括：一第一基材；一第一图案化导电层，位于该第一基材上，具有相互隔离，且依序邻接的一第一电极、一第二电极以及一第三电极；一第一疏水层，位于该第一图案化导电层上方，用以承载该流体；一半导体沟道层，具有一沟道区与该第三电极重叠，并与该第三电极隔离；一第二图案化导电层，具有一源极和一漏极，分别位于该沟道区的两侧，并与该沟道区接触，且与该第三电极隔离；一传感层，与该第三电极和该半导体沟道层之一者接触，且具有一传感区与该第三电极重叠，并经由该第一疏水层的一开口暴露于外；以及一控制电路，与该第一电极、该第二电极和该第三电极耦接，并在该第一电极、该第二电极和该第三电极至少二者之间提供至少一电压差，以驱动该流体在该第一疏水层和该传感层上运动。2.如权利要求1所述的微流体传感元件，其特征在于，其中该第一基材系一玻璃基板、一晶片或一塑化薄膜。3.如权利要求1所述的微流体传感元件，其特征在于，其中构成该第一图案化导电层和该第二图案化导电层的材料，系选自于一金属、一透明导电氧化物和前述之组合所组成的一族群。4.如权利要求1所述的微流体传感元件，其特征在于，其中该电化学特性包括一离子浓度或一酸碱度。5.如权利要求1所述的微流体传感元件，其特征在于，其中该第一疏水层的材料系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟训，贾立凱，侍育徵，廖啟宏，粘瀚升，
申请(专利权)人：友达光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71