CN219631349U - 一种数字微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种微流控芯片，涉及微流控领域，尤其涉及是一种数字微流控芯片，其包括：上基板和下基板，上基板和下基板之间依次设有导电薄膜层、第一疏水层、移液层、第二疏水层、第二绝缘层、电极层、第一绝缘层和TFT层；构成电极层的材料包括有色金属；电极层采用不透明的有色金属可避免TFT在光照下的漏电状况；设置的第一绝缘层可避免了电极层对TFT的顶栅效应。
Description
技术领域
本申请涉及微流控领域，尤其涉及是一种数字微流控芯片。
背景技术
当前，医药研发、病理检测、基因检测等飞速发展，涉及各种的生化实验，实验过程中多以人工或半人工的方式对试剂进行操作，大量的重复实验过程中，存在效率低、浪费严重、成本高等问题。通过DMF(Digital microfluidics,数字微流控)技术，可以在微小的数字微流控芯片上控制从皮升到微升的任意体积的试剂进行移动、分裂和合并，通过芯片控制自动完成实验，有效地提高了实验效率、降低了反应试剂体积、减少了人工投入，成功地降低了实验成本。
基于EWoD(Electrowetting on dielectric，介质上电润湿)技术的数字微流控芯片分为有源矩阵式和无源矩阵式两种类型，其中，有源矩阵式数字微流控芯片不受驱动数据线的限制，应用上更有优势。现有的有源矩阵式芯片通常基于TFT(Thin FilmTransistor，薄膜晶体管)技术，与传统的显示屏原理和制造工艺相同，芯片底板的像素区域由m行n列共m*n个像素组成，每个像素即为一个驱动电极，行信号控制驱动电极TFT的打开与否，列信号对TFT打开的对应的驱动电极进行充电；与底板正对的顶板上有整面的公共电极，通过控制驱动电极充电来改变其与公共电极之间的电压差，相邻电极间电压差的改变即可驱动液滴移动。
由于微流控芯片的电极驱动电路比传统的显示屏更复杂，每个阵列像素区域的TFT数量也会更多，若避空TFT，像素电极就不能完整覆盖像素区域，无法保证对液滴的驱动稳定性，且由于微流控芯片的顶板是透明的，如果沿用显示屏领域常用的透明材料ITO，将导致外界的光照直接照射于TFT上，造成TFT漏电，导致使用寿命短、生物样本自动识别不准的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种能够有效解决TFT漏电问题，提升微流控芯片的使用寿命和识别效果的技术。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
一种微流控芯片，包括：上基板和下基板，上基板和下基板之间依次设有导电薄膜层、第一疏水层、移液层、第二疏水层、第二绝缘层、电极层、第一绝缘层和TFT层；构成电极层的材料包括有色金属。
具体的，构成第一绝缘层的材料包括有机胶涂。
另一具体的，第一绝缘层包括第一氮化硅层和第一氧化硅层，第一氮化硅层覆盖在第一氧化硅层上。
更具体的，第一氧化硅层和第一氮化硅层的厚度比例为2：1至4：1之间。
另一具体的，第一氧化硅层的厚度为2500-3500埃；第一氮化硅层厚度为800-1200埃。
另一具体的，第二绝缘层包括第二氮化硅层和第二氧化硅层，第二氮化硅层覆盖在第二氧化硅层上。
更具体的，第二氧化硅层和第二氮化硅层的厚度比例为1：5至1：3之间。
另一具体的，第二氧化硅层的厚度为400-600埃；第二氮化硅层厚度为2000-3000埃。
以上的，构成电极层的材料包括MO。
进一步的，TFT层包括第一金属层、第三绝缘层、半导体层和第二金属层；第一金属层、第三绝缘层、半导体层和第二金属层依次沉积在下基板上。
本实用新型达到的有益效果：一种微流控芯片，包括：上基板和下基板，上基板和下基板之间依次设有导电薄膜层、第一疏水层、移液层、第二疏水层、第二绝缘层、电极层、第一绝缘层和TFT层；构成电极层的材料包括有色金属；电极层采用不透明的有色金属可避免TFT在光照下的漏电状况；设置的第一绝缘层可避免了电极层对TFT的顶栅效应。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的一种微流控芯片的局部剖面结构示意图；
其中，图1中，包括有：
201、上基板；202、导电薄膜层；203、第一疏水层；204、移液层；205、液滴；
206、第二疏水层；207、第二绝缘层；208、电极层；209、第一绝缘层；
210、第二金属层；211、半导体层；212、第三绝缘层；213、第一金属层；
214、薄膜晶体管；215、下基板。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将参照本申请实施例中的附图，通过实施方式清楚、完整地描述本申请的技术方案，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例1
一种微流控芯片，包括：上基板201和下基板215，上基板201和下基板215之间依次设有导电薄膜层202、第一疏水层203、移液层204、第二疏水层206、第二绝缘层207、电极层208、第一绝缘层209和TFT层。移液层204为中空结构，用于承载液滴205。
其中，TFT层包括若干个薄膜晶体管214。TFT层包括第一金属层213、第三绝缘层212、半导体层211和第二金属层210；第一金属层213、第三绝缘层212、半导体层211和第二金属层210通过CVD(Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积)工艺，依次沉积在下基板上。第一金属层213形成各个薄膜晶体管214对应的栅极；第二金属层210形成各个薄膜晶体管214对应的源极和/或漏极。
电极层208用于形成一种微流控芯片的各个像素点。构成电极层208的材料包括有色金属，即不透光的金属材质，可避免各个薄膜晶体管214在光照下的漏电状况。另外，电极层208采用不透明材质后，可不受电极之下的各种走线的影响，在微流控芯片上呈现纯色的实验背景，在此种环境下，各种生物样本的识别将不成问题，尤其是软件自动识别，大大的提高了效率和正确率，对于实验结果的判断也有更大助益。
具体的，构成电极层208的材料包括MO。
优选的，电极层208的厚度为2000埃。
在一种实施例中，构成第一绝缘层209的材料包括OC(Organic Coating，有机胶涂)。
在另一种实施例中，第一绝缘层209包括第一氮化硅层和第一氧化硅层，第一氮化硅层覆盖在第一氧化硅层上。第一氧化硅层和第一氮化硅层的厚度比例为2：1至4：1之间，形成薄氮化硅层覆盖厚氧化硅层的复合结构。其中，氧化硅的介电常数比氮化硅的介电常数要小很多，为保持第一金属层213作为栅极对TFT的控制作用，第三绝缘层212保持使用具有高介电常数的氮化硅，而在第一绝缘层209引入低介电常数的第一氧化硅层可避免了像素电极对TFT的顶栅效应。另一方面，由于氮化硅的表面的化学性能更稳定、膜质硬度更高、绝缘强度更高，因此，在氧化硅表面再覆盖一层薄的氮化硅，可在避免像素电极对TFT的顶栅效应的同时，又保证了第一绝缘层209的性能，能够在较高驱动电压和腐蚀性溶液下工作时，提高其工作性能。
优选的，第一氧化硅层的厚度为2500-3500埃；第一氮化硅层厚度为800-1200埃。
更优选的，第一氧化硅层的厚度为3000埃；第一氮化硅层厚度为1000埃。
进一步的，在一种实施例中，第二绝缘层207包括第二氮化硅层和第二氧化硅层，第二氮化硅层覆盖在第二氧化硅层上。第二氧化硅层和第二氮化硅层的厚度比例为1：5至1：3之间。
优选的，第二氧化硅层的厚度为400-600埃；第二氮化硅层厚度为2000-3000埃。
更优选的，第二氧化硅层的厚度为500埃；第二氮化硅层厚度为2500埃。
更具体的，上基板201和下基板215均采用玻璃基板。
构成导电薄膜层202的材料包括但不限于ITO、IZO。
构成第一疏水层203和第二疏水层206的材料包括但不限于Teflon、Cytop。
构成第一金属层213和第二金属层210的材料包括但不限于钼、铝、钛、银、铜。
构成半导体层211的材料包括但不限于非晶硅、多晶硅、金属氧化物。
构成第三绝缘层212的材料包括氮化硅。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (7)
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：上基板和下基板，所述上基板和下基板之间依次设有导电薄膜层、第一疏水层、移液层、第二疏水层、第二绝缘层、电极层、第一绝缘层和TFT层；
构成所述电极层的材料包括有色金属；
所述第一绝缘层包括第一氮化硅层和第一氧化硅层，所述第一氮化硅层覆盖在所述第一氧化硅层上；
所述第一氧化硅层和第一氮化硅层的厚度比例为2：1至4：1之间。
2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：
所述第一氧化硅层的厚度为2500-3500埃；所述第一氮化硅层厚度为800-1200埃。
3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片，其特征在于：
所述第二绝缘层包括第二氮化硅层和第二氧化硅层，所述第二氮化硅层覆盖在所述第二氧化硅层上。
4.根据权利要求3所述的一种微流控芯片，其特征在于：
所述第二氧化硅层和第二氮化硅层的厚度比例为1：5至1：3之间。
5.根据权利要求3所述的一种微流控芯片，其特征在于：
所述第二氧化硅层的厚度为400-600埃；所述第二氮化硅层厚度为2000-3000埃。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种微流控芯片，其特征在于：
构成所述电极层的材料包括MO。
7.根据权利要求6所述的一种微流控芯片，其特征在于：
所述TFT层包括第一金属层、第三绝缘层、半导体层和第二金属层；
所述第一金属层、第三绝缘层、半导体层和第二金属层依次沉积在所述下基板上。
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