CN118045645B - 一种双层光电镊芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双层光电镊芯片及其制造方法，涉及生物芯片技术领域，包括上基底和下基底，上基底和下基底之间设有若干隔离墙，相邻隔离墙之间设置有流道，上基底包括玻璃，玻璃上设置有ITO层，ITO层上设置有第二光电层，第二光电层设置于隔离墙上，下基底包括衬底，衬底上设置有第一光电层，第一光电层与隔离墙相接触。通过设置第一光电层和第二光电层，流道中的颗粒分别受到上下两边的力的作用，从而增加了入射光的转换效率，使得流道中的颗粒受力均匀，减少颗粒的移动的阻力，提高光电镊芯片性能。
Description
技术领域
本发明涉及涉及生物芯片技术领域，具体为一种光电镊芯片及其制造方法。
背景技术
基于光电镊技术的微流体装置可以通过图案化的光照在微流道产生非均匀电场，这种非均匀电场可以通过介电泳力（DEP）对微流道中的微纳物体实现操纵，典型的基于光电镊技术的微流体装置（下称微流体装置）包括：可以透光的上电极、下电极、上下电极之间的光敏层和置于光敏层上方的微流道结构以及可以在微流道中流动的中间介质（如细胞培养液），上下电极之间通常施加交流电压，当图案化的光从可以透光的上电极入射，经过中间介质到达光敏层，被照射的光敏层区域电阻率显著下降，光照区域的电压降会主要施加在中间介质上，非光照区域的光敏层电阻率很高，该区域的电压降则主要施加在光敏层上，因此会在中间介质中产生非均匀的电场，这种电场可以在中间介质中的微纳物体（如细胞）上施加介电泳力（DEP），使得该微纳物体可以在微流道中移动。
基于光电镊技术的微流体装置的光响应系数是衡量该装置的指标之一，光响应系数是指光照时在某特定微纳物体上产生的介电泳力与从上电极入射光光强之比，更大的光响应系数的基于光电镊技术的微流体装置可以实现在相同光照下对微纳物体更高效的操纵或者更小光照实现相同的操纵从而减少对微纳物体的损伤（如细胞）。
入射光从上电极通过中间介质入射到光敏层表面时会发生发射，被光敏层反射的光会透过微流道侧壁结构以及被微流道中的液体部分吸收，所以到达光敏层表面的光强会会有40%被吸收，剩下60%被入射到光敏层，从而导致基于光电镊技术的微流体装置的光响应系数会显著降低。
典型的微流体装置上的刚性电极板通过与SU8树脂形成，电极板与树脂微流道键合而形成，流道内部的颗粒收到光电镊的电泳列入发生移动。但是这种结构，颗粒手里主要是和底层的非晶硅光敏反应产生的介电力，但是在上层并没受力，因此，流道中的颗粒受到的阻力较大，业界也有采用两面非晶硅的结构，但是，由于双面采用同样的半导体层当光照射到芯片时，底层的半导体接受到的光的很少。因此，采用双面非晶硅的双层光电镊的实际功效有限。因此，本发明为解决这个问题提出来解决方案。
发明内容
本发明提供一种双层光电镊芯片及其制造方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种双层光电镊芯片及其制造方法，包括上基底和下基底，上基底和下基底之间设有若干隔离墙，相邻隔离墙之间设置有流道，上基底包括玻璃，玻璃上设置有ITO层，ITO层上设置有第二光电层，第二光电层设置于隔离墙上，下基底包括衬底，衬底上设置有第一光电层，第一光电层与隔离墙相接触。
优选的，第二光电层为IGZ0半导体层，且第二光电层的厚度为50-2000纳米。
优选的，第二光电层与隔离墙相粘连。
优选的，第一光电层为光电器件层，光电器件层上设置有若干间隔分布的绝缘层，绝缘层与隔离墙相接触。
一种双层光电镊芯片的制造方法，用于制造如上所述的一种双层光电镊芯片，包括以下步骤：
S1：获取玻璃，在玻璃上设置ITO层，然后在ITO层上设置IGZ0半导体层；
S2：获取衬底，衬底上安装光电器件层，然后对光电器件层进行填充，形成若干填充区域；
S3：采用光刻显影蚀刻工艺对填充区域进行刻蚀，刻蚀后形成绝缘层；
S4：在绝缘层上安装隔离墙，然后通过粘接组件将粘接剂涂到IGZ0半导体层上，然后对IGZ0半导体层和隔离墙粘接。
优选的，在步骤S2中，采用二氧化硅对光电器件层进行填充。
优选的，在步骤S2中，采用氮化硅对光电器件层进行填充。
优选的，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PN注入形成。
优选的，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PIN注入形成。
优选的，在步骤S1中，ITO层通过沉积的方式安装到玻璃上，IGZ0半导体层通过沉积的方式安装到ITO层上。
与现有技术相比，本发明提供了一种双层光电镊芯片及其制造方法，通过设置第一光电层和第二光电层，流道中的颗粒分别受到上下两边的力的作用，从而增加了入射光的转换效率，使得流道中的颗粒受力均匀，减少颗粒的移动的阻力，提高光电镊芯片性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的入射状态示意图；
图3为本发明的结构示意图的颗粒受力示意图；
图4为本发明的涂胶组件的结构示意图；
图5为本发明的图4的俯视图；
图6为本发明的漏斗的内部结构示意图；
图7为本发明的图4的A处放大图；
图中：1、上基底；2、玻璃；3、ITO层；4、第二光电层；5、隔离墙；6、流道；7、下基底；8、第一光电层；9、衬底；10、光线；11、颗粒；12、支撑板一；13、输送箱；14、漏斗；15、保温部；16、过滤网；17、喷射板；18、水泵；19、喷射箱；20、转动杆；21、分隔板；22、废液箱；23、排液管；24、支撑板二；25、胶液箱；26、输送管；27、出胶头；28、处理圆箱；29、驱动电机；30、同步带；31、旋转杆一；32、驱动箱；33、进胶口；34、伞齿轮一；35、伞齿轮二；36、梯形环；37、推气块；38、旋转杆二；39、搅拌杆；40、电热丝；41、往复丝杠；42、滑动板；43、连接杆；44、直线驱动件；45、涂胶箱；46、推胶板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本发明的实施例提供了一种双层光电镊芯片，如图1-3所示，包括上基底1和下基底7，上基底1和下基底7之间设有若干隔离墙5，相邻隔离墙5之间设置有流道6，上基底1包括玻璃2，玻璃2上设置有ITO层3，ITO层3上设置有第二光电层4，第二光电层4设置于隔离墙5上，下基底7包括衬底9，衬底9上设置有第一光电层8，第一光电层8与隔离墙5相接触。
其中，ITO 是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：先在玻璃2上设置一层ITO层3，然后在ITO层3上设置一层第二光电层4；在衬底9上设置第一光电层8，然后将第二光电层4、若干隔离墙5和第一光电层8相连接，形成双层光电镊芯片；通过设置第一光电层8和第二光电层4，流道中的颗粒分别受到上下两边的力的作用，从而增加了入射光的转换效率，使得流道中的颗粒受力均匀，减少颗粒的移动的阻力，提高光电镊芯片性能。
实施例2
在上述实施例1的基础上，如图1-3所示，第二光电层4为IGZ0半导体层，且第二光电层4的厚度为50-2000纳米。
其中，IGZ0的中文名叫氧化铟镓锌，是一种新型半导体材料，有着比非晶硅更高的电子迁移率。
其中，优选的，第二光电层4与隔离墙5相粘连。
其中，优选的，第一光电层8为光电器件层，光电器件层上设置有若干间隔分布的绝缘层，绝缘层与隔离墙5相接触。
上述技术方案的有益效果为：通过设置IGZ0半导体层，可以获得更高的电子迁移率，当有光线10射到双层光电镊芯片上时，上层的IGZ0半导体层先吸收小于800纳米的光，穿过流道6的光被底层光电器件层吸收形成介电泳力作用，流道6内的颗粒11受到第一光电层8和第二光电层4的光敏导致的介电泳力作用，从而增加了入射光效率，提高颗粒11运动速率；
同时通过粘接的方法使得第二光电层4与隔离墙5相连接，更加方便快捷；同时设置绝缘层，可以有效起到保护效果，实用性强。
实施例3
本实施例提供了一种双层光电镊芯片的制造方法，用于制造如上所述的一种双层光电镊芯片，如图1-7所示，包括以下步骤：
S1：获取玻璃2，在玻璃2上设置ITO层3，然后在ITO层3上设置IGZ0半导体层；
S2：获取衬底9，衬底9上安装光电器件层，然后对光电器件层进行填充，形成若干填充区域；
S3：采用光刻显影蚀刻工艺对填充区域进行刻蚀，刻蚀后形成绝缘层；
S4：在绝缘层上安装隔离墙5，然后通过粘接组件将粘接剂涂到IGZ0半导体层上，然后对IGZ0半导体层和隔离墙5粘接。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：第一步，获取玻璃2，在玻璃2上设置ITO层3，然后在ITO层3上设置IGZ0半导体层；第二步，获取衬底9，衬底9上安装光电器件层，然后对光电器件层进行填充，形成若干填充区域；第三步，采用光刻显影蚀刻工艺对填充区域进行刻蚀，刻蚀后形成绝缘层；第四步，在绝缘层上安装隔离墙5，然后通过粘接组件将粘接剂涂到IGZ0半导体层上，然后对IGZ0半导体层和隔离墙5粘接；
采用上述步骤，可以快速的得到双层光电镊芯片，且通过设置ITO层3和IGZ0半导体层可以获得更快的电子迁移速率，而设置绝缘层，可以有效起到保护效果，实用性强。
实施例4
在上述实施例3的基础上，如图1-7所示，在步骤S2中，采用二氧化硅对光电器件层进行填充。
其中，优选的，在步骤S2中，采用氮化硅对光电器件层进行填充。
其中，优选的，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PN注入形成。
其中，优选的，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PIN注入形成。
其中，优选的，在步骤S1中，ITO层3通过沉积的方式安装到玻璃2上，IGZ0半导体层通过沉积的方式安装到ITO层3上。
上述技术方案的有益效果为：通过二氧化硅/氮化硅对光电器件层进行填充，填充方式多样，选择性更高；同样的，通过PN/PIN注入形成光电器件，注入方式多样，可以给本领域技术人员更多的选择；而采用沉积的方式形成ITO层3和IGZ0半导体层，效果更好，实用性更强。
实施例5
在上述实施例3-4的基础上，如图4-7所示，粘接组件包括漏斗14，漏斗14下侧贯通连接有输送箱13，输送箱13的一端固定设置有支撑板一12，输送箱13的另一端贯通连接有处理圆箱28，处理圆箱28上贯通设置有喷射箱19，处理圆箱28下端左右两侧分别贯通连接有废液箱22和胶液箱25，废液箱22下端固定设置有支撑板二24，胶液箱25的另一端贯通连接输送管26，输送管26的另一端贯通连接有涂胶头，涂胶头滑动设置于输送箱13下侧。
其中，优选的，处理圆箱28前侧固定设置有驱动电机29，驱动电机29的后侧输出端固定连接有转动杆20，转动杆20转动延伸进处理圆箱28内，转动杆20上对称固定设置有过滤网16，转动杆20上还对称固定设置有分隔板21，分隔板21和过滤网16在转动杆20上间隔设置；
喷射箱19上设置有开口，开口处安装有喷射板17，喷射板17上贯通设置有水泵18；废液箱22下端还贯通设置有排液管23。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：先在涂胶头下方摆放若干上基底1，在漏斗14内投入胶液，然后胶液通过输送箱13进入到处理圆箱28内，处理圆箱28内的其中一侧过滤网16对胶液形成过滤，过滤完的胶液进入到胶液箱25中，此时上方的分隔板21会挡住胶液进入喷射箱19中，同样的下方分隔板21的会挡住胶液进入废液箱22内，然后胶液通过输送管26进入到涂胶头内，之后胶液会涂到上基底1上；
在胶液过滤一段时间后，或者胶液输送的间隙中，可以启动驱动电机29，驱动电机29带动转动杆20选择，将一侧的过滤网16旋转180度，用另一侧的过滤网16继续进行过滤，而两个分隔板21正常进行阻挡，此时启动水泵18，水通过喷射板17喷射到一侧的过滤网16上，对一侧的过滤网16进行清洗，而一侧的过滤网16旋转180度后，进行过滤的一面会转移（即上面会旋转到下面），使得清洁的速率更快，然后废水会从排液管23排出；通过设置两个过滤网16，可以对胶液进行很好的过滤，使得较为干净的胶液被涂敷到上基底1上，实用性强，而设置水泵18和喷射板17，可以快速的对过滤网16进行清洁，清洁效率高，更加方便后续的使用。
实施例6
在上述实施例5的基础上，如图4-7所示，转动杆20上设置有带轮一，漏斗14上端固定设置有驱动箱32，驱动箱32内设置有旋转杆一31，旋转杆一31向前转动延伸出驱动箱32，旋转杆一31上设置有带轮二，带轮一和带轮二上设置有同步带30，旋转杆一31上固定设置有伞齿轮一34，漏斗14内设置有旋转杆二38，旋转杆二38向上转动延伸进驱动箱32内，旋转杆二38上端固定设置有伞齿轮二35,伞齿轮二35与伞齿轮一34啮合连接，旋转杆二38上还固定设置有若干搅拌杆39。
其中，优选的，漏斗14和输送箱13外周侧设置有保温部15，旋转杆二38上还包覆设置有往复丝杠41，往复丝杠41上螺纹连接有梯形环36，漏斗14上端偏心位置开设有进胶口33，梯形环36上远离进胶口33的一侧固定连接有移动杆，漏斗14的侧壁上开设有通槽，移动杆穿过通槽延伸进保温部15内，且移动杆与通槽滑动连接，通槽处还设置有若干密封件，移动杆的另一端固定连接有推气块37，保温部15内设置有电热丝40，电热丝40包覆设置于漏斗14上，且电热丝40位于推气块37下侧。
其中，优选的，涂胶头包括滑动板42，滑动板42滑动设置于保温部15下表面，滑动板42下端固定设置有两根连接杆43，连接杆43下端固定设置有涂胶箱45，涂胶箱45上端固定设置有直线驱动件44，直线驱动件44的下侧输出端固定设置有推胶板46，涂胶箱45的一侧壁上贯通连接有输送管26，涂胶箱45下端贯通连接出胶头27。
上述技术方案的工作原理及有益效果为：当转动杆20旋转时，转动杆20通过带轮一、同步带30和带轮二带动旋转杆一31旋转，旋转杆一31带动伞齿轮一34旋转，伞齿轮一34带动伞齿轮二35旋转，伞齿轮二35带动旋转杆二38旋转，旋转杆二38上的搅拌杆39会对漏斗14内的胶液进行搅拌（由于转动杆20的旋转频率较低，所以设置若干搅拌杆39，从而使得搅拌的效果更好），当胶液投入到漏斗14内时，胶液先会与梯形环36的上表面接触，从而对胶液有一个打散的效果，减少胶液的凝固，而之后搅拌杆39的旋转，也会对胶液有一个很好的打散效果，有效减少了胶液的凝固可能，实用性更强；
当旋转杆二38旋转时，旋转杆二38会带动往复丝杠41旋转，往复丝杠41带动梯形环36上下移动，当梯形环36上下移动时，梯形环36会带动推气块37移动（通常情况下电热丝40常开），推气块37会将电热丝40产生的热量传递至保温部15的各个位置，使得胶液的凝固可能性进一步降低（由于转动杆20的旋转频率较低，即使推气块37的小范围移动，也会引起保温部15内气体的移动），有效的提高了装置的实用性和功能性；
当需要进行涂胶时，滑动板42会在保温部15上进行移动，从而将出胶头27移动到上基底1的上方，然后启动直线驱动件44，直线驱动件44带动推胶板46向上移动，从而使得涂胶箱45内产生负压，然后输送管26内的胶液会进入到推胶板46内（输送管26内设置有单向阀，从而避免胶液回流），而由于胶液是由负压产生而吸入的，单次吸入的胶液量基本是一致的，可以有效的避免胶液的浪费，同时当推胶板46下降时，涂胶箱45内的胶液通过出胶头27挤出，同样的，出胶头27的单次挤出的胶液量也基本一致，使得涂胶的效果更佳，粘接的效果也会更好；
上述结构仅仅采用一个驱动电机29，可以实现过滤，搅拌，温度传递等功能，可以有效降低胶液的凝固概率，同时提高胶液的清洁度，实用性强。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取玻璃（2），在玻璃（2）上设置ITO层（3），然后在ITO层（3）上设置IGZ0半导体层；
S2：获取衬底（9），衬底（9）上安装光电器件层，然后对光电器件层进行填充，形成若干填充区域；
S3：采用光刻显影蚀刻工艺对填充区域进行刻蚀，刻蚀后形成绝缘层；
S4：在绝缘层上安装隔离墙（5），然后通过粘接组件将粘接剂涂到IGZ0半导体层上，然后对IGZ0半导体层和隔离墙（5）粘接；
双层光电镊芯片包括上基底（1）和下基底（7），上基底（1）和下基底（7）之间设有若干隔离墙（5），相邻隔离墙（5）之间设置有流道（6），上基底（1）包括玻璃（2），玻璃（2）上设置有ITO层（3），ITO层（3）上设置有第二光电层（4），第二光电层（4）设置于隔离墙（5）上，下基底（7）包括衬底（9），衬底（9）上设置有第一光电层（8），第一光电层（8）与隔离墙（5）相接触。
2.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，第二光电层（4）为IGZ0半导体层，且第二光电层（4）的厚度为50-2000纳米。
3.根据权利要求2所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，第二光电层（4）与隔离墙（5）相粘连。
4.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，第一光电层（8）为光电器件层，光电器件层上设置有若干间隔分布的绝缘层，绝缘层与隔离墙（5）相接触。
5.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，采用二氧化硅对光电器件层进行填充。
6.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，在步骤S2中，采用氮化硅对光电器件层进行填充。
7.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PN注入形成。
8.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，光电器件层上设置有若干光电器件，光电器件采用PIN注入形成。
9.根据权利要求1所述的一种双层光电镊芯片的制造方法，其特征在于，在步骤S1中，ITO层（3）通过沉积的方式安装到玻璃（2）上，IGZ0半导体层通过沉积的方式安装到ITO层（3）上。
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