CN109952154A - 样本分析芯片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种样本分析芯片。该样本分析芯片包括基底基板和工作电极。工作电极具有双层结构。双层结构包括位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层。第二电极层包括抗蚀非金属导电材料。第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。

Description

样本分析芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及定量分析器材技术领域，更具体地，涉及样本分析芯片和制造样本分析芯片的方法。
背景技术
已经开发了各种定量分析(assay)方式来检测流体样本中的目标分子或者信号。流体样本定量分析芯片的示例包括包含纳米井的流动单元(flow-cell)芯片、不包含纳米井的流动单元芯片、以及EFIRM活组织定量分析芯片。这些定量分析芯片的电极通常由诸如金之类的贵金属制成，制造成本相对较高。
发明内容
在一方面，本发明提供了一种样本分析芯片，包括：基底基板；和工作电极；其中，工作电极具有双层结构；其中，双层结构包括位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层；其中，第二电极层包括抗蚀非金属导电材料；并且其中，第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。
可选地，第二电极层在基底基板上的正投影实质上覆盖第一电极层在基底基板上的正投影。
可选地，第二电极层的材料包括半导体材料。
可选地，第一电极层的材料包括半导体材料。
可选地，样本分析芯片还包括位于第一电极层和第二电极层之间的保护层。
可选地，第一电极层通过贯穿保护层的第一过孔电连接至第二电极层。
可选地，第二电极层包括耐酸导电半导体材料；
可选地，第二电极层包括N+掺杂半导体材料；
可选地，第一电极层包括金属氧化物材料。
可选地，第一电极层包括氧化铟锡，并且第二电极层包括N+掺杂硅。
可选地，样本分析芯片还包括位于第二电极层的背离第一电极层的一侧的凹部形成层；其中样本分析芯片具有贯穿凹部形成层的多个凹部，所述多个凹部中的每一个暴露第二电极层的至少一部分；并且所述多个凹部中的每一个构造为保持分析物。
可选地，样本分析芯片还包括至少部分地覆盖第二电极层的表面的导电聚合物层。
可选地，样本分析芯片还包括多条第一信号线和多个第一接触垫；其中，所述多条第一信号线中的一条将工作电极电连接至所述多个第一接触垫中的一个。
可选地，所述多条第一信号线和第一电极层位于相同层并且包括相同材料。
可选地，样本分析芯片还包括对电极(counter electrode)；其中，对电极具有双层结构。
可选地，样本分析芯片还包括参考电极；其中，参考电极具有双层结构。
可选地，样本分析芯片还包括对电极和参考电极；其中，对电极具有双层结构；参考电极具有双层结构；并且工作电极位于参考电极和对电极之间，其中参考电极与工作电极间隔开，并且对电极与工作电极间隔开。
可选地，样本分析芯片还包括多条第一信号线；多个第一接触垫；多条第二信号线；多个第二接触垫；多条第三信号线；和多个第三接触垫；其中，所述多条第一信号线中的一条将工作电极电连接至所述多个第一接触垫中的一个；所述多条第二信号线中的一条将对电极电连接至所述多个第二接触垫中的一个；并且，所述多条第三信号线中的一条将参考电极电连接至所述多个第三接触垫中的一个。
可选地，所述多条第一信号线、所述多条第二信号线、所述多条第三信号线和第一电极层位于相同层并且包括相同材料。
在另一方面，本发明提供了一种制造样本分析芯片的方法，包括：在基底基板上形成工作电极；其中，工作电极形成为具有双层结构；其中，双层结构形成为具有位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层；其中，第二电极层由抗蚀非金属导电材料制成；并且，第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。
附图说明
以下附图仅为根据所公开的各种实施例的用于示意性目的的示例，而不旨在限制本发明的范围。
图1A是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
图1B是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
图2是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的平面图。
图3是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
图4是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
图5是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
图6是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。
具体实施方式
现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。需注意，以下对一些实施例的描述仅针对示意和描述的目的而呈现于此。其不旨在是穷尽性的或者受限为所公开的确切形式。
在常规定量分析芯片中，电极通常由金属材料制成，其易于由于流体样本或定量分析试剂中的化学成分而导致腐蚀。电极上的腐蚀导致异常的检测信号，影响传感器的灵敏度。
因此，本公开特别提供了样本分析芯片和制造样本分析芯片的方法，其实质上消除了由于现有技术的限制和缺陷而导致的问题中的一个或多个。在一方面，本公开提供了一种样本分析芯片。在一些实施例中，样本分析芯片包括基底基板和工作电极。可选地，工作电极具有双层结构。可选地，双层结构包括位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层。可选地，第二电极层包括抗蚀非金属导电材料。可选地，第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。
图1A是根据本公开的一些实施例中的样本分析芯片的截面图。参照图1A，在一些实施例中，样本分析芯片包括基底基板10和位于基底基板10上的工作电极WE。工作电极WE具有双层结构。该双层结构包括位于基底基板10上的第一电极层20以及位于第一电极层20的背离基底基板10的一侧的第二电极层30。样本分析芯片具有多个凹部R，其构造为保持分析物(例如，诸如流体样本之类的样本)。可选地，第一电极层20包括多个第一电极块20w，并且第二电极层30包括多个第二电极块30w。在当前样本分析芯片中，第二电极层30包括抗蚀非金属导电材料。如本文所用，术语“抗蚀”指的是在存在腐蚀性材料时实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与酸性溶液实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与碱性溶液实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与酸性溶液实质上不起化学反应，并且与碱性溶液实质上不起化学反应。
在一些实施例中，样本分析芯片包括：基底基板；第一电极层，其位于基底基板上并且包括多个第一电极块；第二电极层，其位于第一电极层的背离基底基板的一侧并且包括多个第二电极块。样本分析芯片包括多个传感器。所述多个传感器中的每一个包括工作电极。可选地，第二电极层包括抗蚀非金属导电材料。可选地，工作电极包括彼此电连接的、多个第一电极块中的一个和多个第二电极块中的一个。如本文所用，术语“样本”指的是在其中可以存在感兴趣的目标分析物的任何合成物或混合物，包括植物或动物材料、废弃材料、用于法医分析的材料、环境样本等。可选地，样本是生物样本。生物样本包括从可包含目标分析物(例如，目标核酸)的活体器官或死体器官得到的任何组织、细胞或提取物，例如，周边血液、骨髓、血浆、血清、包括淋巴结、呼吸组织或分泌物的活检组织、肠胃组织、尿液、粪便、精液、或其他体液。感兴趣的样本的示例还包括来自人类或动物(特别是具有或怀疑具有疾病或异常的人类或动物)的组织样本(包括体液)。其他感兴趣的样本的示例包括工业样本，比如用于水质检测、食品检测、污染控制等的工业样本。可选地，样本是流体样本。流体样本的示例包括任何生物流体，比如唾液、尿液、血液、胎盘、眼泪、血浆、脑脊液、羊水、母乳和血清。如本文所用，术语“分析物”指的是任何化学或生物物质，其被定量或定性地分析，并且可以包括小分子、蛋白质、多肽、氨基酸、半抗原、抗体、抗原物质、DNA、RNA、核酸、核苷酸、药品、离子、盐、细胞、病毒成分或完整的病毒、细菌成分或完整的细菌、细胞成分或完整细胞、以及它们的复合物及衍生物。
在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括对电极。可选地，对电极具有本文所述的双层结构。可选地，双层结构包括位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层。可选地，第二电极层包括抗蚀非金属导电材料。可选地，第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。
在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括参考电极。可选地，参考电极具有本文所述的双层结构。可选地，双层结构包括位于基底基板上的第一电极层以及位于第一电极层的背离基底基板的一侧的第二电极层。可选地，第二电极层包括抗蚀非金属导电材料。可选地，第一电极层的材料和第二电极层的材料彼此不同。
图1B是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的截面图。图2是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的平面图。参照图1B和图2，在一些实施例中，流体分析芯片包括：基底基板10、位于基底基板10上的第一电极层20、以及位于第一电极层20的背离基底基板10的一侧的第二电极层30。流体样本分析芯片具有多个凹部R，其构造为保持分析物(例如，流体样本)。可选地，第一电极层20包括多个第一电极块20w，并且第二电极层20包括多个第二电极块30w。可选地，第一电极层20包括多个第一电极块20w、多个第三电极块20c和多个第五电极块20r。可选地，第二电极层30包括多个第二电极块30w、多个第四电极块30c和多个第六电极块30r。在当前流体样本分析芯片中，第二电极层30包括抗蚀非金属导电材料。如本文所用，术语“抗蚀”指的是在存在腐蚀性材料时实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与酸性溶液实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与碱性溶液实质上不起化学反应。可选地，抗蚀材料与酸性溶液实质上不起化学反应，并且与碱性溶液实质上不起化学反应。
在一些实施例中，流体样本芯片包括多个传感器S，用于定量分析液体样本。所述多个传感器S中的每一个包括工作电极WE。工作电极WE包括彼此电连接的、多个第一电极块20w中的一个和多个第二电极块30w中的一个。如本文所用，术语“工作电极”指的是这样的电极：在该电极处，分析物或其水平取决于分析物水平的化合物在具有或不具有作为中介物(agency)的电子转移剂(electron transfer agent)的情况下被电氧化(electro-oxidized)或电还原(electro-reduced)。工作电极是这样的电极，电子通过其从候选化合物进入生物传感器。可选地，在电压稳定模式下，工作电极是在其处电位受控并且测得电流的电极。可选地，在电流稳定模式下，工作电极是在其处电流受控并且测得电位或电压的电极。
可选地，所述多个传感器S中的每一个包括工作电极WE、对电极CE、以及参考电极RE。如本文所用，术语“对电极”指的是与工作电极WE配对并且电化学电流从其流过的至少一个电极。通常，对电极CE是导体，其使电化学单元或电路完整。经由工作电极WE流入导电溶液的电流经由对电极CE从该溶液离开。术语“对电极”包括还起到参考电极作用的对电极(即，对/参考电极)，除非说明书指出“对电极”不包括对/参考电极。
可选地，对电极CE包括多个第三电极块20c中的一个。可选地，对电极CE包括彼此电连接的、多个第三电极块20c中的一个和多个第四电极块30c中的一个。
可选地，所述多个传感器S中的每一个包括工作电极WE、对电极CE、以及参考电极RE。如本文使用，术语“参考电极”指的是用作参考的至少一个电极，相对该参考来评估或测量工作电极电位。参考电极可以是并且理想地是非可极化的，或者参考电极的电极电位即使电流流过该参考电极时也是恒定且已知的。术语“参考电极”包括还起到对电极作用的参考电极(即，对/参考电极)，除非说明书指出“参考电极”不包括对/参考电极。
可选地，参考电极RE包括多个第五电极块20r中的一个。可选地，参考电极RE包括彼此电连接的、多个第五电极块20r中的一个和多个第六电极块30r中的一个。
可选地，参照图2，工作电极WE位于参考电极RE和对电极CE之间，其中参考电极RE与工作电极WE间隔开，并且对电极CE与工作电极WE间隔开。
可选地，工作电极WE的最大尺寸在约1μm至约20mm的范围内，例如，在约1μm至约2μm的范围内，在约2μm至约5μm的范围内，在约5μm至约10μm的范围内，在约10μm至约25μm的范围内，在约25μm至约50μm的范围内，在约50μm至约75μm的范围内，在约75μm至约100μm的范围内，在约100μm至约500μm的范围内，在约500μm至约1mm的范围内，在约1mm至约2mm的范围内，在约2mm至约5mm的范围内，在约5mm至约10mm的范围内，在约10mm至约15mm的范围内，以及在约15mm至约20mm的范围内。
可选地，对电极CE的最大尺寸在约1μm至约10mm的范围内，例如，在约1μm至约2μm的范围内，在约2μm至约5μm的范围内，在约5μm至约10μm的范围内，在约10μm至约25μm的范围内，在约25μm至约50μm的范围内，在约50μm至约75μm的范围内，在约75μm至约100μm的范围内，在约100μm至约500μm的范围内，在约500μm至约1mm的范围内，在约1mm至约2mm的范围内，在约2mm至约5mm的范围内，以及在约5mm至约10mm的范围内。
可选地，参考电极RE的最大尺寸在约1μm至约10mm的范围内，例如，在约1μm至约2μm的范围内，在约2μm至约5μm的范围内，在约5μm至约10μm的范围内，在约10μm至约25μm的范围内，在约25μm至约50μm的范围内，在约50μm至约75μm的范围内，在约75μm至约100μm的范围内，在约100μm至约500μm的范围内，在约500μm至约1mm的范围内，在约1mm至约2mm的范围内，在约2mm至约5mm的范围内，以及在约5mm至约10mm的范围内。
可选地，参考电极RE与工作电极WE之间的间隔或对电极CE与工作电极WE之间的间隔的尺寸在约0.1μm至约5mm的范围内，例如，在约0.1μm至约0.2μm的范围内，在约0.2μm至约0.5μm的范围内，在约0.5μm至约0.75μm的范围内，在约0.75μm至约1μm的范围内，在约1μm至约2μm的范围内，在约2μm至约5μm的范围内，在约5μm至约10μm的范围内，在约10μm至约25μm的范围内，在约25μm至约50μm的范围内，在约50μm至约75μm的范围内，在约75μm至约100μm的范围内，在约100μm至约500μm的范围内，在约500μm至约1mm的范围内，在约1mm至约2mm的范围内，以及在约2mm至约5mm的范围内。
图3是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的截面图(沿着图2的线A-A’)。参照图2和图3，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括位于第二电极层30的背离第一电极层20的一侧的凹部形成层40。流体样本分析芯片具有贯穿凹部形成层40的多个凹部R，从而暴露所述多个第二电极块30w中的每一个的至少一部分。可选地，所述多个凹部R暴露所述多个第二电极块30w中的每一个的至少一部分、所述多个第四电极块30c中的每一个的至少一部分、以及所述多个第六电极块30r中的每一个的至少一部分(如图2和图3所示)。所述多个凹部R中的每一个构造为保持分析物(例如，流体样本)。
在一些实施例中，所述多个第一电极块20w中的任一个的表面实质上未被暴露，例如，其由另一层覆盖。通过这种设计，可以用可以抗蚀或可以不抗蚀的任何高导电性材料来制作所述多个第一电极块20w。由于所述多个第一电极块20w的表面实质上未暴露，因此腐蚀性环境不会对所述多个第一电极块20w造成问题。可以在流体样本分析芯片中实施各种适当结构来覆盖所述多个第一电极块20w的表面。
参照图1B，所述多个第一电极块20w的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30覆盖。可选地，所述多个第三电极块20c的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30覆盖。可选地，所述多个第五电极块20r的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30覆盖。可选地，第二电极层30在基底基板10上的正投影实质上覆盖第一电极层20在基底基板10上的正投影。可选地，所述多个第二电极块30w中的一个在基底基板10上的正投影实质上覆盖所述多个第一电极块20w中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，所述多个第四电极块30c中的一个在基底基板10上的正投影实质上覆盖所述多个第三电极块20c中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，所述多个第六电极块30r中的一个在基底基板10上的正投影实质上覆盖所述多个第五电极块20r中的一个在基底基板10上的正投影。如本文所用，的术语“实质上覆盖”指的是一个正投影被另一个正投影覆盖至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少99％、或100％。
参照图3，所述多个第一电极块20w的背离基底基板10的表面被第二电极层30部分地覆盖并且被凹部形成层40部分地覆盖。可选地，所述多个第三电极块20c的背离基底基板10的表面被第二电极层30部分地覆盖并且被凹部形成层40部分地覆盖。可选地，所述多个第五电极块20r的背离基底基板10的表面被第二电极层30部分地覆盖并且被凹部形成层40部分地覆盖。可选地，凹部形成层40在基底基板10上的正投影和第二电极层30在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖第一电极层20在基底基板10上的正投影。可选地，凹部形成层40在基底基板10上的正投影和所述多个第二电极块30w中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第一电极块20w中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，凹部形成层40在基底基板10上的正投影和所述多个第四电极块30c中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第三电极块20c中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，凹部形成层40在基底基板10上的正投影和所述多个第六电极块30r中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第五电极块20r中的一个在基底基板10上的正投影。
图4是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的截面图(沿着图2的线A-A’)。参照图4，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括位于第一电极层20和第二电极层30之间的保护层60。所述多个第一电极块20w的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30和保护层60的组合覆盖。可选地，所述多个第三电极块20c的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30和保护层60的组合覆盖。可选地，所述多个第五电极块20r的背离基底基板10的表面实质上被第二电极层30和保护层60的组合覆盖。可选地，保护层60在基底基板10上的正投影和第二电极层30在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖第一电极层20在基底基板10上的正投影。可选地，保护层60在基底基板10上的正投影和所述多个第二电极块30w中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第一电极块20w中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，保护层60在基底基板10上的正投影和所述多个第四电极块30c中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第三电极块20c中的一个在基底基板10上的正投影。可选地，保护层60在基底基板10上的正投影和所述多个第六电极块30r中的一个在基底基板10上的正投影的组合实质上覆盖所述多个第五电极块20r中的一个在基底基板10上的正投影。
在一些实施例中，位于工作电极WE中的所述多个第一电极块20w中的一个和所述多个第二电极块30w中的一个通过贯穿保护层60的第一过孔v1彼此电连接。可选地，位于对电极CE中的所述多个第三电极块20c中的一个和所述多个第四电极块30c中的一个通过贯穿保护层60的第二过孔v2彼此电连接。可选地，位于参考电极RE中的所述多个第五电极块20r中的一个和所述多个第六电极块30r中的一个通过贯穿保护层60的第三过孔v3彼此电连接。
各种适当材料和各种适当制造方法可以用于制作保护层60。例如，可使用电绝缘抗蚀材料来制作保护层60。例如，可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在基板上沉积绝缘材料。适当绝缘抗蚀材料的示例包括但不限于：聚酰亚胺、氧化硅(SiOy)、氮化硅(SiNy，例如，Si3N4)和氮氧化硅(SiOxNy)。
各种适当导电材料和各种适当制造方法可以用于制作第二电极层30。如上所述，第二电极层30由抗蚀非金属导电材料(例如，耐酸非金属导电材料)制成。在一些实施例中，第二电极层30由半导体材料(例如，耐酸导电半导体材料)制成。可选地，第二电极层30由N+掺杂半导体材料(比如N+掺杂硅)制成。用于制作第二电极层30的适当导电材料的其他示例包括N+掺杂硅锗。可选地，第二电极层30由P+掺杂半导体材料(比如P+掺杂硅)制成。可以通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺在基板上沉积抗蚀非金属导电材料。可选地，第二电极层30的掺杂浓度在约1×1012原子/cm3至约1×1021原子/cm3的范围内，例如，在约1×1012原子/cm3至约1×1013原子/cm3的范围内，在约1×1013原子/cm3至约1×1014原子/cm3的范围内，在约1×1014原子/cm3至约1×1015原子/cm3的范围内，在约1×1015原子/cm3至约1×1016原子/cm3的范围内，在约1×1016原子/cm3至约1×1017原子/cm3的范围内，在约1×1017原子/cm3至约1×1018原子/cm3的范围内，在约1×1018原子/cm3至约1×1019原子/cm3的范围内，在约1×1019原子/cm3至约1×1020原子/cm3的范围内，以及在约1×1020原子/cm3至约1×1021原子/cm3的范围内。可选地，第二电极层30的掺杂浓度在约1×1017原子/cm3至约1×1021原子/cm3的范围内。
可选地，N+掺杂半导体材料是N+掺杂非晶半导体材料，例如，N+掺杂非晶硅。可选地，N+掺杂半导体材料是N+掺杂多晶半导体材料，例如，N+掺杂多晶硅。可选地，N+掺杂半导体材料的电阻率在约10000Ω·cm或更低，例如，约9000Ω·cm或更低，约8000Ω·cm或更低，约7000Ω·cm或更低，约6000Ω·cm或更低，约5000Ω·cm或更低，约4000Ω·cm或更低，约3000Ω·cm或更低，约2000Ω·cm或更低，约1000Ω·cm或更低，约750Ω·cm或更低，约500Ω·cm或更低，约250Ω·cm或更低，约100Ω·cm或更低，约75Ω·cm或更低，约50Ω·cm或更低，约25Ω·cm或更低，约10Ω·cm或更低，约7.5Ω·cm或更低，约5Ω·cm或更低，约2.5Ω·cm或更低，以及约1Ω·cm或更低。
可使用各种适当掺杂剂来制作第二电极层。在一些实施例中，掺杂剂是N型掺杂剂，比如元素周期表的VA族元素，包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、和铋(Bi)。可选地，掺杂剂为荧光体。可选地，掺杂剂为硼。在一些实施例中，掺杂剂是P型掺杂剂，比如元素周期表的IIIA族元素，包括硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、和铊(Tl)。
各种适当导电材料和各种适当制造方法可以用于制作第一电极层20。例如，可以(例如通过溅射或气相沉积或溶液涂布)在基板上沉积导电材料；并对其构图。由于第一电极层20的表面在当前流体样本分析芯片中实质上未暴露，因此可以使用广泛选择的导电材料，包括高导电率的材料。适当导电材料的示例包括金属和半导体材料如金属氧化物。用于制作第一电极层20的适当金属的示例包括铝和铜。用于制作第一电极层20的适当金属氧化物的示例包括氧化铟锡和氧化铟镓锡。
可选地，第一电极层20由氧化铟锡制成，并且第二电极层30由N+掺杂硅制成。
参照图1至图4，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括多条第一信号线20-wl和多个第一接触垫20-wp。所述多条第一信号线20-wl中的每一条将所述多个传感器S的一个中的工作电极WE电连接至所述多个第一接触垫20-wp中的一个。例如，所述多条第一信号线20-wl中的每一条将所述多个传感器S的一个中的所述多个第一电极块20w中的一个电连接至所述多个第一接触垫20-wp中的一个。可选地，所述多条第一信号线20-w1和所述多个第一电极块20w位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w和所述多条第一信号线20-w1。可选地，所述多条第一信号线20-w1、所述多个第一电极块20w以及所述多个第一接触垫20-wp位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w、所述多条第一信号线20-w1以及所述多个第一接触垫20-wp。
如本文所用，术语“相同层”指的是在相同步骤中同时形成的各层之间的关系。在一个示例中，当所述多条第一信号线20-w1与所述多个第一电极块20w作为在相同材料层中执行的相同构图工艺的一个或多个步骤的结果而形成时，它们位于相同层。在另一个示例中，可以通过同时执行形成所述多条第一信号线20-w1的步骤和形成所述多个第一电极块20w的步骤而将所述多条第一信号线20-w1和所述多个第一电极块20w形成在相同层。术语“相同层”不总是意味着层的厚度或层的高度在截面图中是相同的。
参照图2，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括多条第二信号线20-cl和多个第二接触垫20-cp。所述多条第二信号线20-c1的每一条将所述多个传感器S的一个中的对电极CE电连接至所述多个第二接触垫20-cp中的一个。例如，所述多条第二信号线20-cl中的每一条将所述多个传感器S的一个中的所述多个第三电极块20c中的一个电连接至所述多个第二接触垫20-cp中的一个。可选地，所述多条第二信号线20-c1和所述多个第一电极块20w位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w、所述多个第三电极块20c、所述多条第一信号线20-w1以及所述多条第二信号线20-c1。可选地，所述多条第二信号线20-c1、所述多个第一电极块20w以及所述多个第二接触垫20-cp位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w、所述多个第三电极块20c、所述多条第一信号线20-w1、所述多条第二信号线20-c1、所述多个第一接触垫20-wp、以及所述多个第二接触垫20-cp。
参照图2，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括多条第三信号线20-rl和多个第三接触垫20-rp。所述多条第三信号线20-rl中的每一条将所述多个传感器S的一个中的参考电极RE电连接至所述多个第三接触垫20-rp中的一个。例如，所述多条第三信号线20-rl中的每一条将所述多个传感器S的一个中的所述多个第五电极块20r中的一个电连接至所述多个第三接触垫20-rp中的一个。可选地，所述多条第三信号线20-r1和所述多个第一电极块20w位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w、所述多个第三电极块20c、所述多个第五电极块20r、所述多条第一信号线20-w1、所述多条第二信号线20-c1、以及所述多条第三信号线20-r1。可选地，所述多条第三信号线20-r1、所述多个第一电极块20w以及所述多个第三接触垫20-rp位于相同层并且在相同工艺中利用相同掩模板由相同材料制成。因此，在一些实施例中，第一电极层20包括所述多个第一电极块20w、所述多个第三电极块20c、所述多个第五电极块20r、所述多条第一信号线20-w1、所述多条第二信号线20-c1、所述多条第三信号线20-r1、所述多个第一接触垫20-wp、以及所述多个第二接触垫20-cp、以及所述多个第三接触垫20-rp。
图5是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的截面图。参照图5，在一些实施例中，流体样本分析芯片的所述多个凹部R是多个腔体。在一个示例中，流体样本可以通过多个入口I分别注入或者以其他方式引入所述多个凹部R中。
图6是根据本公开的一些实施例中的流体样本分析芯片的截面图。参照图6，在一些实施例中，流体样本分析芯片还包括位于第二电极层30的背离第一电极层20的一侧的导电聚合物层50。导电聚合物层50至少部分地覆盖所述多个第二电极块30w中的每一个的表面。可选地，导电聚合物层50至少部分地覆盖所述多个第四电极块30c中的每一个的表面。可选地，导电聚合物层50至少部分地覆盖所述多个第六电极块30r中的每一个的表面。
各种适当导电聚合物可用于制作导电聚合物层50。用于制作导电聚合物层50的适当导电聚合物的示例包括聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚苯亚乙烯、聚噻吩等。可选地，在第二电极层30的背离第一电极层20的表面上(例如，在所述多个第二电极块30w的表面上)涂覆导电聚合物。可选地，导电聚合物层50嵌入有一个或多个捕获探针或被功能化为一个或多个捕获探针，所述一个或多个捕获探针和一个或多个标记物相结合。
在另一方面，本公开提供了一种制造流体样本分析芯片的方法。在一些实施例中，所述方法包括：在基底基板上形成第一电极层，所述第一电极层形成为包括彼此间隔开的多个第一电极块；在第一电极层的背离基底基板的一侧形成第二电极层，所述第二电极层形成为包括彼此间隔开的多个第二电极块。所述多个第二电极块中的每一个形成为电连接至所述多个第一电极块中的一个。流体样本分析芯片形成为包括多个传感器。所述多个传感器中的每一个形成为包括工作电极。工作电极形成为包括彼此电连接的、多个第一电极块中的一个和多个第二电极块中的一个。
在一些实施例中，第一电极层和第二电极层形成为使得所述多个第一电极块的背离基底基板的表面实质上被第二电极层覆盖。可选地，第一电极层和第二电极层形成为使得第二电极层在基底基板上的正投影实质上覆盖第一电极层在基底基板上的正投影。
在一些实施例中，形成第二电极层的步骤包括：形成半导体材料层，然后通过对半导体材料层掺杂来形成掺杂半导体材料层，例如，N+掺杂半导体材料层。
在一些实施例中，所述方法还包括：在第一电极层和第二电极层之间形成保护层。位于工作电极中的所述多个第一电极块中的所述一个和所述多个第二电极块中的所述一个通过贯穿保护层的第一过孔彼此电连接。可选地，保护层、第一电极层和第二电极层形成为使得所述多个第一电极块的背离基底基板的表面实质上被第二电极层和保护层覆盖。可选地，保护层在基底基板上的正投影和第二电极层在基底基板上的正投影的组合实质上覆盖第一电极层在基底基板上的正投影。
在一些实施例中，所述方法还包括：在第二电极层的背离第一电极层的一侧形成凹部形成层，以及形成贯穿凹部形成层的多个凹部，从而暴露所述多个第二电极块中的每一个的至少一部分。可选地，所述多个凹部中的每一个形成为保持分析物(例如，流体样本)。
在一些实施例中，所述方法还包括：形成至少部分地覆盖所述多个第二电极块中的每一个的表面的导电聚合物层。
在一些实施例中，所述方法还包括形成多条第一信号线并且形成多个第一接触垫。可选地，所述多条第一信号线中的每一条将所述多个传感器的一个中的工作电极电连接至所述多个第一接触垫中的一个。
在一些实施例中，在相同构图工艺中利用相同材料和相同掩模板在相同层中形成所述多条第一信号线和所述多个第一电极块。
在一些实施例中，形成第一电极层还包括：形成彼此间隔开的多个第三电极块；并且形成第二电极层还包括：形成彼此间隔开的多个第四电极块。可选地，所述多个传感器中的每一个形成为包括对电极。对电极形成为包括彼此电连接的、多个第三电极块中的一个和多个第四电极块中的一个。
在一些实施例中，形成第一电极层还包括：形成彼此间隔开的多个第五电极块；并且形成第二电极层还包括：形成彼此间隔开的多个第六电极块。可选地，所述多个传感器中的每一个形成为包括参考电极。参考电极形成为包括彼此电连接的、多个第五电极块中的一个和多个第六电极块中的一个。
可选地，工作电极形成于参考电极和对电极之间，其中参考电极与工作电极间隔开，并且对电极与工作电极间隔开。
在一些实施例中，所述方法还包括形成多条第二信号线并且形成多个第二接触垫。可选地，所述多条第二信号线中的每一条将所述多个传感器的一个中的对电极电连接至所述多个第二接触垫中的一个。在一些实施例中，所述方法还包括形成多条第三信号线并且形成多个第三接触垫。可选地，所述多条第三信号线中的每一条将所述多个传感器的一个中的参考电极电连接至所述多个第三接触垫中的一个。
在一些实施例中，在相同构图工艺中利用相同材料和相同掩模板在相同层中形成所述多条第一信号线、所述多条第二信号线、所述多条第三信号线、以及所述多个第一电极块。
出于示意和描述目的已示出对本发明实施例的上述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制为所公开的确切形式或示例性实施例。因此，上述描述应当被认为是示意性的而非限制性的。显然，许多修改和变形对于本领域技术人员而言将是显而易见的。选择和描述这些实施例是为了解释本发明的原理和其最佳方式的实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明适用于特定用途或所构思的实施方式的各种实施例及各种变型。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中除非另有说明，否则所有术语以其最宽的合理意义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利范围限制为具体实施例，并且对本发明示例性实施例的参考不隐含对本发明的限制，并且不应推断出这种限制。本发明仅由随附权利要求的精神和范围限定。此外，这些权利要求可涉及使用跟随有名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这种术语应当理解为一种命名方式而非意在对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非给出具体数量。所描述的任何优点和益处不一定适用于本发明的全部实施例。应当认识到的是，本领域技术人员在不脱离随附权利要求所限定的本发明的范围的情况下可以对所描述的实施例进行变化。此外，本公开中没有元件和组件是意在贡献给公众的，无论该元件或组件是否明确地记载在随附权利要求中。

Claims (20)

1.一种样本分析芯片，包括：
基底基板；和
工作电极；
其中，所述工作电极具有双层结构；
其中，所述双层结构包括位于所述基底基板上的第一电极层以及位于所述第一电极层的背离所述基底基板的一侧的第二电极层；其中，所述第二电极层包括抗蚀非金属导电材料；并且
其中，所述第一电极层的材料和所述第二电极层的材料彼此不同。
2.根据权利要求1所述的样本分析芯片，其中，所述第二电极层在所述基底基板上的正投影实质上覆盖所述第一电极层在所述基底基板上的正投影。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第二电极层的材料包括半导体材料。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第一电极层的材料包括半导体材料。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的样本分析芯片，还包括：保护层，其位于所述第一电极层和所述第二电极层之间。
6.根据权利要求4所述的样本分析芯片，其中，所述第一电极层通过贯穿所述保护层的第一过孔电连接至所述第二电极层。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第二电极层包括耐酸导电半导体材料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第二电极层包括N+掺杂半导体材料。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第一电极层包括金属氧化物材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的样本分析芯片，其中，所述第一电极层包括氧化铟锡，所述第二电极层包括N+掺杂硅。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的样本分析芯片，还包括：凹部形成层，其位于所述第二电极层的背离所述第一电极层的一侧；
其中所述样本分析芯片具有贯穿所述凹部形成层的多个凹部，所述多个凹部中的每一个暴露所述第二电极层的至少一部分；并且
所述多个凹部中的每一个构造为保持分析物。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的样本分析芯片，还包括：导电聚合物层，其至少部分地覆盖所述第二电极层的表面。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的样本分析芯片，还包括：多条第一信号线和多个第一接触垫；
其中，所述多条第一信号线中的一条将所述工作电极电连接至所述多个第一接触垫中的一个。
14.根据权利要求13所述的样本分析芯片，其中，所述多条第一信号线和第一电极层位于相同层并且包括相同材料。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的样本分析芯片，还包括：对电极；
其中，所述对电极具有双层结构。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的样本分析芯片，还包括：参考电极；
其中，所述参考电极具有双层结构。
17.根据权利要求1至12中任一项所述的样本分析芯片，还包括：对电极和参考电极；
其中，所述对电极具有双层结构；
所述参考电极具有双层结构；并且
所述工作电极位于所述参考电极和所述对电极之间，其中所述参考电极与所述工作电极间隔开，并且所述对电极与所述工作电极间隔开。
18.根据权利要求17所述的样本分析芯片，还包括：
多条第一信号线；
多个第一接触垫；
多条第二信号线；
多个第二接触垫；
多条第三信号线；和
多个第三接触垫；
其中，所述多条第一信号线中的一条将所述工作电极电连接至所述多个第一接触垫中的一个；
所述多条第二信号线中的一条将所述对电极电连接至所述多个第二接触垫中的一个；并且
所述多条第三信号线中的一条将所述参考电极电连接至所述多个第三接触垫中的一个。
19.根据权利要求18所述的样本分析芯片，其中，所述多条第一信号线、所述多条第二信号线、所述多条第三信号线和第一电极层位于相同层并且包括相同材料。
20.一种制造样本分析芯片的方法,包括:
在基底基板上形成工作电极；
其中，所述工作电极形成为具有双层结构；
其中，所述双层结构形成为具有位于所述基底基板上的第一电极层以及位于所述第一电极层的背离所述基底基板的一侧的第二电极层；
其中，所述第二电极层由抗蚀非金属导电材料制成；并且
所述第一电极层的材料和所述第二电极层的材料彼此不同。
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GR01 Patent grant
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