微流控基板、微流控装置及其驱动方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微流控基板、微流控装置及其驱动方法，属于微流控技术领域，微流控基板包括多个检测单元，检测单元至少包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、驱动电极和光感元件；微流控基板至少包括衬底和第二电极层，多个驱动电极和多个连接部位于第二电极层，检测单元中的连接部与驱动电极相互绝缘，第一电极端通过连接部连接偏置电压部；偏置电压部所在膜层位于第二电极层朝向衬底的一侧。微流控装置包括上述微流控基板，微流控装置的驱动方法用于驱动上述微流控装置。本发明专利技术可以提高单个检测单元内光电检测结构的面积，提高光学检测效率和准确率，还可以避免影响液滴的正常行进，实现高密度高精度的光电检测。实现高密度高精度的光电检测。实现高密度高精度的光电检测。

【技术实现步骤摘要】
微流控基板、微流控装置及其驱动方法


[0001]本专利技术涉及微流控
，更具体地，涉及一种微流控基板、微流控装置及其驱动方法。

技术介绍

[0002]微流控(microfluidic)技术是涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉技术，能够实现对微小液滴的精准控制和操控。采用微流控技术的装置通常被称为微流控芯片(microfluidic chips)，各种细胞等样品可以在微流控芯片中培养、移动、检测和分析。微流控技术不仅在化学和医学领域有广泛的应用，而且在其它领域也受到越来越多的关注。微流控芯片的主流驱动方式为基于电润湿技术的电极驱动，其原理是：将液滴设置在具有疏液层的表面上，借助电润湿效应，通过对液滴施加电压，改变液滴与疏液层之间的润湿性，使液滴内部产生压强差和不对称形变，进而实现液滴定向移动。
[0003]现有的微流控技术利用电润湿原理，通过设置基板电压控制微小液滴的流动位置，该技术可以用于生物化学分析检测领域，其中部分应用领域如定量荧光PCR(聚合酶链式反应，Polymerase Chain Reaction)检测领域等，需要对液滴进行光学检测以分析荧光强度及相应的液滴成分的同时，还需要在液滴移动过程中，实时反馈液滴位置以便于精准控制。但是目前的微流控芯片一般均为微米尺寸的检测芯片，本身尺寸较小，单个像素单元上不仅需要同时集成微流控的控制液滴移动的结构，还需要集成光学检测以分析荧光强度的光电检测结构。因此为了保证液滴的行进，单个像素单元上留给光电检测结构的面积有限，特别是对于小面积的像素单元，很难以实现高精度的光电检测效果，从而导致光学检测效率和准确率降低。
[0004]因此，提供一种既可以提高单个像素内光电检测结构的面积，以提高光学检测效率和准确率，又可以避免影响液滴的正常行进的微流控基板、微流控装置及其驱动方法，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种微流控基板、微流控装置及其驱动方法，以解决现有的微流控技术中难以实现高精度的光电检测效果，从而导致光学检测效率和准确率降低的问题。
[0006]本专利技术公开了一种微流控基板，包括：多个阵列排布的检测单元，检测单元至少包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、驱动电极和光感元件；微流控基板包括：衬底；晶体管阵列层，晶体管阵列层位于衬底的一侧，第一开关晶体管、第二开关晶体管位于晶体管阵列层；光感元件阵列层，光感元件阵列层位于晶体管阵列层远离衬底的一侧，光感元件位于光感元件阵列层，第二开关晶体管与光感元件朝向衬底的一侧电连接；第一电极层，第一电极层位于光感元件阵列层远离衬底的一侧，第一电极层包括多个第一电极端，第一电极端与
光感元件远离衬底的一侧电连接；第二电极层，第二电极层位于第一电极层远离衬底的一侧，驱动电极位于第二电极层，第一开关晶体管与驱动电极电连接；第二电极层还包括多个连接部，一个检测单元中的连接部与驱动电极相互绝缘，第一电极端通过连接部连接偏置电压部；偏置电压部所在膜层位于第二电极层朝向衬底的一侧。
[0007]基于同一专利技术构思，本专利技术还公开了一种微流控装置，该微流控装置包括上述微流控基板，还包括与上述微流控基板相对设置的第二基板、以及位于第二基板和微流控基板之间的液滴。
[0008]基于同一专利技术构思，本专利技术还公开了一种微流控装置的驱动方法，该驱动方法用于驱动上述微流控装置；该驱动方法包括：第n
‑
1行的检测单元对应的第一开关晶体管导通，第n行的检测单元对应的第二开关晶体管导通，感光元件检测液滴位于第n行、第m列对应的检测单元位置；若液滴需要向第n
‑
1行、第m列的检测单元的位置移动，则给入数据电压信号至第n
‑
1行、第m列对应的检测单元的数据线，第n
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1行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生的驱动电场大于第n行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生驱动电场，液滴移动至第n
‑
1行、第m列对应的检测单元的位置；若液滴需要向第n+1行、第m列的检测单元的位置移动，则给入数据电压信号至第n+1行、第m列对应的检测单元的数据线，第n+1行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生的驱动电场大于第n行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生驱动电场，液滴移动至第n+1行、第m列对应的检测单元的位置；若液滴需要向第n行、第m+1列的检测单元的位置移动，则给入数据电压信号至第n行、第m+1列对应的检测单元的数据线，第n行、第m+1列对应的检测单元的驱动电极位置产生的驱动电场大于第n行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生驱动电场，液滴移动至第n行、第m+1列对应的检测单元的位置；若液滴需要向第n行、第m
‑
1列的检测单元的位置移动，则给入数据电压信号至第n行、第m
‑
1列对应的检测单元的数据线，第n行、第m
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1列对应的检测单元的驱动电极位置产生的驱动电场大于第n行、第m列对应的检测单元的驱动电极位置产生驱动电场，液滴移动至第n行、第m
‑
1列对应的检测单元的位置；其中，m和n为大于或等于2的正整数。
[0009]与现有技术相比，本专利技术提供的微流控基板、微流控装置及其驱动方法，至少实现了如下的有益效果：
[0010]本专利技术提供的微流控基板可以用于采用电润湿原理，通过设置基板上不同区域的电场强度控制微小液滴的流动位置，实现微小液滴的驱动。微流控基板包括多个阵列排布的检测单元，检测单元至少包括电连接的第一开关晶体管、第二开关晶体管、驱动电极和光感元件，其中驱动电极可以用于提供驱动微小液滴行进的电压/电场，光感元件可以用于对微小液滴进行光学检测以分析荧光强度及相应的液滴成分，或者还可以在液滴移动过程中，通过光感元件的光学检测实时反馈液滴位置以便于对液滴行进路径精准控制。本专利技术设置第二电极层还包括多个连接部，检测单元中的连接部与驱动电极相互绝缘，即连接部和驱动电极虽然均位于第二电极层，但是同一个检测单元中的连接部和驱动电极为相互独立的结构，通过该连接部将与连接部连接的偏置电压部上提供的公共电压信号作为光感元件的偏置电压信号，传输至光感元件远离衬底的一侧的第一电极端，以使得光感元件在进行感测工作时接收偏置电压信号以实现其感光功能。由于偏置电压部既可通过连接部实现为光感元件提供偏置电压信号，又可以用于与驱动电极交叠形成存储电容以驱动液滴行
进，进而可以减少单个检测单元内信号走线和电容所占的面积，提升单个检测单元中光感元件的光电检测面积，有利于保证光感元件的感测效果，在检测单元所需电容值不变的情况下，可以减小存储电容整体占据检测单元的面积，进而有利于增加检测单元内光感元件的可用面积，可检测到的感光检测信号强度可以提高，进而可以提高光学检测效率和准确率，实现高密度高精度的光电检测。
[0011]当然，实施本专利技术的任一产品不必特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
[0012本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控基板，其特征在于，包括：多个阵列排布的检测单元，所述检测单元至少包括第一开关晶体管、第二开关晶体管、驱动电极和光感元件；所述微流控基板包括：衬底；晶体管阵列层，所述晶体管阵列层位于所述衬底的一侧，所述第一开关晶体管、所述第二开关晶体管位于所述晶体管阵列层；光感元件阵列层，所述光感元件阵列层位于所述晶体管阵列层远离所述衬底的一侧，所述光感元件位于所述光感元件阵列层，所述第二开关晶体管与所述光感元件朝向所述衬底的一侧电连接；第一电极层，所述第一电极层位于所述光感元件阵列层远离所述衬底的一侧，所述第一电极层包括多个第一电极端，所述第一电极端与所述光感元件远离所述衬底的一侧电连接；第二电极层，所述第二电极层位于所述第一电极层远离所述衬底的一侧，所述驱动电极位于所述第二电极层，所述第一开关晶体管与所述驱动电极电连接；所述第二电极层还包括多个连接部，一个所述检测单元中的所述连接部与所述驱动电极相互绝缘，所述第一电极端通过所述连接部连接偏置电压部；所述偏置电压部所在膜层位于所述第二电极层朝向所述衬底的一侧。2.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述光感元件包括堆叠设置的N型半导体部、本征半导体部与P型半导体部，所述本征半导体部位于所述N型半导体部和所述P型半导体部之间；所述N型半导体部与所述第二开关晶体管的漏极连接；所述P型半导体部与所述第一电极端接触电连接；所述连接部通过第一过孔与所述第一电极端连接，所述连接部通过第二过孔与所述偏置电压部连接；所述第一过孔与所述第二过孔同步骤同工艺制作。3.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述偏置电压部连接偏置电压信号线，所述偏置电压部与所述偏置电压信号线同层设置，所述偏置电压信号线连接公共电压信号。4.根据权利要求1所述的微流控基板，其特征在于，所述检测单元包括存储电容，所述存储电容的第一极连接所述偏置电压部，所述存储电容的第二极连接所述驱动电极。5.根据权利要求4所述的微流控基板，其特征在于，所述存储电容至少包括第一存储电容；所述晶体管阵列层至少包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层包括多个第一部，所述第一开关晶体管的漏极位于所述第二金属层；所述偏置电压部位于第三金属层，所述第三金属层位于所述晶体管阵列层远离所述第二金属层的一侧；在垂直于所述衬底所在平面的方向上，所述第一部与所述第一开关晶体管的漏极交叠形成所述第一存储电容。6.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，
所述存储电容还包括第二存储电容；所述第三金属层包括第二部，所述第二部通过第三过孔与所述第一部连接；在垂直于所述衬底所在平面的方向上，所述第二部与所述第一开关晶体管的漏极交叠形成所述第二存储电容。7.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述存储电容还包括第三存储电容；在垂直于所述衬底所在平面的方向上，所述偏置电压部与所述驱动电极交叠形成所述第三存储电容。8.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述存储电容还包括第四存储电容；在垂直于所述衬底所在平面的方向上，所述第一电极端与所述驱动电极交叠形成所述第四存储电容。9.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述第三金属层位于所述第一电极层与所述第二电极层之间。10.根据权利要求5所述的微流控基板，其特征在于，所述第三金属层位于所述光感元件阵列层与所述晶体管阵列层之间。11.根据权利要求10所述的微流控基板，其特征在于，所述第一金属层包括第一信号线，所述第二金属层包括第二信号线，所述第三金属层包括第三信号线；所述第三信号线通过第四过孔与所述第二信号线连接，所述第三信号线通过第五过孔与所述第一信号线连接；所述第四过孔和所述第五过孔同步骤同工艺制作。12.根据权利要求11所述的微流控基板，其特征在于，所述微流控基板包括多个绑定部，所述绑定部位于所述第二电极层；所述第三信号线通过第六过孔与所述绑定部连接。13.根据权利要求10所述的微流控基板，其特征在于，所述第三金属层还包括第一保护部，所述第一保护部位于所述光感元件阵列层与所述第二开关晶体管之间；所述第二开关晶体管的漏极通过所述第一保护部与所述光感元件电连接。14.根据权利要求13所述的微流控基板，其特征在于，所述第一保护部与所述光感元件朝向所述衬底的一侧接触电连接。15.根据权利要求10所述的微流控基板，其特征在于，在垂直于所述衬底所在平面的方向上，至少部分所述偏置电压部与所述第一开关晶体管的有源部交叠；...

【专利技术属性】
技术研发人员：章凯迪，林柏全，李伟，白云飞，王林志，黄钰坤，席克瑞，
申请(专利权)人：上海天马微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：