薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片包括：衬底；像素阵列，包括多个参比电极和多个像素单元，所述像素单元包括薄膜晶体管和位于所述薄膜晶体管上方的敏感电极，所述薄膜晶体管的底栅电极电连接所述敏感电极，所述敏感电极表面具有修饰层，多个所述参比电极与多行所述像素单元一一对应；多条行选信号线，分别与多个所述参比电极电连接；多条列读取信号线；多条公共电极线；多个隔离墙，位于所述封装层上方，每个所述隔离墙包围一隔离区域，所述隔离区域连续暴露一行所述像素单元中所有的所述敏感电极和一个所述参比电极。本发明专利技术有利于提高芯片集成度，并减少串扰和功耗。并减少串扰和功耗。并减少串扰和功耗。

【技术实现步骤摘要】
薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及传感
，尤其涉及一种薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]在各种电位测量技术中，基于场效应晶体管(Field
‑
Effect Transistor,FET)的传感器由于其具有尺寸小、可并行传感、响应时间短以及与电子制造工艺兼容等优势受到了广泛的关注。在场效应晶体管的基础上衍生出了一些其他类型的离子敏感传感器件，为多种生化传感器提供了一个器件平台并使之得到了显著的发展，广泛应用于食品安全、环境监控、医疗诊断、化学分析、土壤检测等方面。
[0003]在电化学传感芯片技术中，目前国内外很多研究机构和企业通过CMOS(Complementary Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor，互补金属氧化物半导体)集成电路工艺设计实现了各种微阵列芯片的集成检测。然而采用硅基CMOS工艺实现传感芯片的制备不仅具有成本高、可定制性差等工艺方面的不足，而且难以兼容于多种传感前端的集成，并且封装工艺也较为复杂。薄膜晶体管由于制造成本低、设计周期短，可利用溶液法制备，可与多种传感材料直接集成等优势，得到了大量应用研究。随着物联网的发展，传感器的数量大大增加，低功耗多传感芯片将成为电化学传感未来发展的趋势。目前大多数工作都是将有限的传感器进行集成。集成阵列为实现多传感应用提供了一种可行的技术方案。因此，系统需要多路选通模块从每个单元像素获取信号。而目前的方案都至少包含2个晶体管，其中一个晶体管用于开关选通，另一个晶体管用于与传感器集成以处理传感信号。但是，2个晶体管的方案不仅会造成芯片体积的增大，而且易出现漏电、串扰、功耗高等问题，从而影响芯片的性能。
[0004]因此，如何减小传感芯片的尺寸，同时改善传感芯片的性能，扩展传感芯片的应用领域，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片及其制备方法，用于解决现有的传感芯片尺寸较大的问题，并改善传感芯片的性能，扩展传感芯片的应用领域。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，包括：
[0007]衬底；
[0008]像素阵列，位于所述衬底上，包括多个参比电极、以及呈列阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括薄膜晶体管和位于所述薄膜晶体管上方的敏感电极，所述薄膜晶体管包括底栅电极、覆盖所述底栅电极的底栅绝缘层、位于所述底栅绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和所述漏电极的半导体层、覆盖所述半导体层的封装层，所述底栅电极电连接所述敏感电极，所述敏感电极表面具有修饰层，多个所述参比电极与多行所述像素单元一一对应；
[0009]多条行选信号线，位于所述衬底上，多条所述行选信号线分别与多个所述参比电极电连接；
[0010]多条列读取信号线，位于所述衬底上，每列所述像素单元中的所述漏电极均连接同一条所述列读取信号线；
[0011]多条公共电极线，位于所述衬底上，每条所述公共电极线连接每列所述像素单元中所有的所述源电极；
[0012]多个隔离墙，每个所述隔离墙连续分布于一行所述像素单元的所有所述封装层上方，每个所述隔离墙包围一隔离区域，所述隔离区域连续暴露一行所述像素单元中所有的所述敏感电极、以及与一行所述像素单元对应的一个所述参比电极。
[0013]可选的，所述参比电极包括Ag/AgCl电极、以及含有饱和氯盐的多孔聚合物膜。
[0014]可选的，所述氯盐为氯化钠或氯化钾，所述多孔聚合物膜的材料为聚氯乙烯或聚乙烯醇缩丁醛或为聚乙烯醇缩丁醛与聚氧化乙烯
‑
聚氧化丙烯
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聚氧化乙烯三嵌段共聚物的共混材料。
[0015]可选的，所述底栅电极、所述源电极、所述漏电极、所述行选信号线、所述列读取信号线、所述公共电极线的材料均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。
[0016]可选的，所述半导体层的材料为无机材料、有机小分子半导体材料、聚合物半导体材料、或者小分子半导体材料
‑
聚合物绝缘材料混合体系。
[0017]可选的，所述半导体层覆盖部分的所述源电极、部分的所述漏电极、以及所述源电极与所述漏电极之间的所述底栅绝缘层，所述封装层覆盖所述半导体层、部分的所述源电极、部分的所述漏电极和所述底栅绝缘层；所述薄膜晶体管还包括：
[0018]导电互联层，贯穿所述封装层和部分的所述底栅绝缘层，所述导电互联层的一端电连接所述底栅电极、另一端电连接所述敏感电极。
[0019]可选的，多个所述像素单元沿第一方向和第二方向呈阵列排布，沿第一方向间隔排布的多个所述像素单元作为一行所述像素单元，所述第一方向和所述第二方向均为平行于所述衬底的顶面的方向，且所述第一方向与所述第二方向相交；
[0020]每个所述参比电极沿所述第一方向位于一行所述像素单元的外部，且多个所述参比电极沿所述第二方向间隔排布。
[0021]可选的，所述修饰层的材料为环己酮、聚氯乙烯、四(3,5
‑
二(三氟甲基)苯基)硼酸钾、四[3,5
‑
双(三氟甲基)苯基]硼酸钠、双(2
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乙基己基)癸二酸酯、离子载体、生化敏感材料、或者生物敏感材料。
[0022]可选的，所述隔离墙的材料为疏水性材料。
[0023]为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0024]提供衬底；
[0025]形成像素阵列、多条行选信号线、多条列读取信号线和多条公共电极线于所述衬底的顶面上，所述像素阵列包括多个参比电极、以及呈列阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括薄膜晶体管和位于所述薄膜晶体管上方的敏感电极，所述薄膜晶体管包括底栅电极、覆盖所述底栅电极的底栅绝缘层、位于所述底栅绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖
所述源电极和所述漏电极的半导体层、覆盖所述半导体层的封装层，所述底栅电极电连接所述敏感电极，所述敏感电极表面具有修饰层，多个所述参比电极与多行所述像素单元一一对应，多条所述行选信号线分别与多个所述参比电极电连接，每列所述像素单元中的所述漏电极均连接同一条所述列读取信号线，每条所述公共电极线连接每列所述像素单元中所有的所述源电极；
[0026]形成多个隔离墙于所述像素阵列上方，每个所述隔离墙连续分布于一行所述像素单元的所有所述封装层上方，每个所述隔离墙包围一隔离区域，所述隔离区域连续暴露一行所述像素单元中所有的所述敏感电极、以及与一行所述像素单元对应的一个所述参比电极。
[0027]本专利技术提供的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片及其制备方法，在像素阵列的每个像素单元中仅设置一个薄膜晶体管，将像素单元的开关功能和传感功能集成在同一个薄膜晶体管中，从而可以通过减本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，包括：衬底；像素阵列，位于所述衬底上，包括多个参比电极、以及呈列阵列排布的多个像素单元，所述像素单元包括薄膜晶体管和位于所述薄膜晶体管上方的敏感电极，所述薄膜晶体管包括底栅电极、覆盖所述底栅电极的底栅绝缘层、位于所述底栅绝缘层表面的源电极和漏电极、覆盖所述源电极和所述漏电极的半导体层、覆盖所述半导体层的封装层，所述底栅电极电连接所述敏感电极，所述敏感电极表面具有修饰层，多个所述参比电极与多行所述像素单元一一对应；多条行选信号线，位于所述衬底上，多条所述行选信号线分别与多个所述参比电极电连接；多条列读取信号线，位于所述衬底上，每列所述像素单元中的所述漏电极均连接同一条所述列读取信号线；多条公共电极线，位于所述衬底上，每条所述公共电极线连接每列所述像素单元中所有的所述源电极；多个隔离墙，每个所述隔离墙连续分布于一行所述像素单元的所有所述封装层上方，每个所述隔离墙包围一隔离区域，所述隔离区域连续暴露一行所述像素单元中所有的所述敏感电极、以及与一行所述像素单元对应的一个所述参比电极。2.根据权利要求1所述的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，所述参比电极包括Ag/AgCl电极、以及含有饱和氯盐的多孔聚合物膜。3.根据权利要求2所述的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，所述氯盐为氯化钠或氯化钾，所述多孔聚合物膜的材料为聚氯乙烯或聚乙烯醇缩丁醛或为聚乙烯醇缩丁醛与聚氧化乙烯
‑
聚氧化丙烯
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聚氧化乙烯三嵌段共聚物的共混材料。4.根据权利要求1所述的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，所述底栅电极、所述源电极、所述漏电极、所述行选信号线、所述列读取信号线、所述公共电极线的材料均为导电聚合物、碳基导电物、金属、金属氧化物、金属纳米线、金属或者金属氧化物纳米颗粒。5.根据权利要求1所述的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，所述半导体层的材料为无机材料、有机小分子半导体材料、聚合物半导体材料、或者小分子半导体材料
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聚合物绝缘材料混合体系。6.根据权利要求1所述的薄膜晶体管型生化传感微阵列芯片，其特征在于，所述半导体层覆盖部分的所述源电极、部分的所述漏电极、以及所述源电极与所述漏电极之间的所述底栅绝缘层，所述封装层覆盖...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小军，欧阳邦，陈苏杰，宋亚文，沈超超，尹晓宽，唐伟，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：