TW201928343A - 微流體感測元件及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

一種微流體感測元件，包括位於基材上的第一圖案化導電層，具有第一電極、第二電極及第三電極。疏水層位於第一圖案化導電層上，用以承載流體。半導體通道層具有通道區與第三電極重疊，與第三電極隔離。第二圖案化導電層具有源極和汲極，位於通道區兩側，與半導體通道層接觸，與第三電極隔離。感測層與第三電極和半導體通道層之一者接觸，具有感測區與第三電極重疊，經由疏水層的開口暴露於外。控制電路與第一電極、第二電極和第三電極耦接，在第一電極、第二電極和第三電極至少二者間提供電壓差，以驅動流體在疏水層和感測層上運動。

Description

微流體感測元件及其製作方法
本揭露書是有關於一種生物微機電系統及其製造方法，特別是一種微流體感測元件。
生物資訊技術利用應用數學、資訊學、統計學和計算機科學等方法來收集、篩選、處理及利用各種生物學的資料。在進行生物資訊的收集、篩選、處理及利用的過程中，生物樣品的製備和分析需要耗費相當大的人力與時間。如何在成分複雜的檢體中，以最少的準備步驟(Simple)實現高選擇性(High selectivity)、高敏感度(High sensitivity)及快速檢測的檢測方法，已是目前業界的一大挑戰。
生物微機電系統( Biomedical Microelectromechanical Systems，Bio-MEMS)是將微機電系統技術應用在生命科學領域，具有分析時間短、樣品消耗少、自動化、快速平行分析與可拋棄式等優點。目前已被應用於生物資訊的收集、篩選、處理及利用。典型的生物微機電系統，是一種結合微流體裝置以及半導體尺度(Scaled)的生物感測裝置(Bio-sensor)的生物晶片，可以把複雜的微小流道與控制流道運作的閥件整合至數公分見方的晶片上，提供一套處理與分析的檢驗流程。
然而，受限於實體流道和閥件的尺寸設計，傳統微流道裝置的製作尚無法與形成生物感驗裝置的半導體製程充分整合。而是必須另外藉由打線(Wire bonding)或晶粒鍵合(Die bonding)的方式將二者整合在一起。不僅製程工序較為繁複，也不符合元件微小化的趨勢。
因此，有需要提供一種先進的微流體感測元件及其製作方法，來解決習知技術所面臨的問題。
本說明書一實施例是揭露一種微流體感測元件(Microfluid sensing device)，用以承載並感測流體的電化學特性(Electrochemical properties)，包括：第一基材、第一圖案化導電層、第一疏水層(Hydrophobic layer)、半導體通道層、第二圖案化導電層、感測層以及控制電路。第一圖案化導電層位於第一基材上，具有相互隔離且依序鄰接的第一電極、第二電極以及第三電極。第一疏水層位於第一圖案化導電層上方，用以承載流體。半導體通道層具有一通道區與第三電極重疊，並與第三電極隔離。第二圖案化導電層具有源極和汲極，分別位於通道區的兩側，並與通道區接觸，且與第三電極隔離。感測層與第三電極和半導體通道層之一者接觸，且具有感測區與第三電極重疊，並經由第一疏水層的開口暴露於外。控制電路與第一電極、第二電極和第三電極耦接，並在第一電極、第二電極和第三電極至少二者之間提供至少一個電壓差，以驅動流體在第一疏水層和感測層上運動。
本說明書的另一實施例是揭露一種微流體感測元件的製作方法，包括下述步驟：首先，提供第一基材，並於第一基材上形成第一圖案化導電層，使第一圖案化導電層具有相互隔離且依序鄰接的第一電極、第二電極以及第三電極。然後，於第一圖案化導電層上形成第一疏水層，並形成半導體通道層，使其具有一通道區與第三電極重疊，且與第三電極隔離。形成第二圖案化導電層，使其具有源極和汲極，分別位於通道區的兩側，並與通道區接觸，且與第二圖案化導電層隔離。形成感測層，與第三電極和該半導體通道層之一者直接接觸，且具有感測區與第三電極重疊，並經由第一疏水層的一個開口暴露於外。提供控制電路，與第一電極、第二電極和第三電極耦接。
根據本說明書的實施例，本發明是在揭露一種微流體感測元件及其製作方法。其係藉由半導體製程，將包括至少一個第一電極、一個第二電極、一個第三電極和一個疏水層的微流體單元以及包括至少一個半導體通道層、一個源極/汲極層、一個感測層的電化學感測單元整合在單一基材上，以製作出一個同時具有半導體尺度之微流體單元和電化學感測單元的微流體感測元件。
其中，第一電極、第二電極和第三電極位於同一個圖案化金屬層上。疏水層覆蓋於第一電極、第二電極和第三電極上，用以承載液體。半導體通道層具有通道區和第三電極至少部分重疊，且與第三電極隔離。源極/汲極層位於通道區的兩側，並與通道區接觸。藉由控制電路來對第一電極、第二電極和第三電極施加不同電壓，利用介電濕潤(Electrowetting On Dielectric，EWOD)的原理來驅動用來作為檢驗樣品的液滴，使其在疏水層上進行運動；再藉由電化學感測單元量測檢驗樣品的電化學特性。
通過半導體製程整合方法，可將微流體元件製作成為一種具有半導體尺度的生物微機電系統，並且和電化學感測單元同時形成，不但簡化了微流體感測元件的製程步驟，且可以大幅降低元件尺寸。另外，藉由具有半導體尺度的微流體單元來對液滴狀的檢驗樣品進行運輸、試劑混合、分離和分散操作可以大幅減少試劑的用量與人工操作成本，同時提高檢驗的效能。
本說明書是提供一種微流體感測元件的製作方法，可簡化了微流體感測元件的製程步驟，並大幅降低微流體感測元件的尺寸。為了對本說明書之上述實施例及其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明。
但必須注意的是，這些特定的實施案例與方法，並非用以限定本發明。本發明仍可採用其他特徵、元件、方法及參數來加以實施。較佳實施例的提出，僅係用以例示本發明的技術特徵，並非用以限定本發明的申請專利範圍。該技術領域中具有通常知識者，將可根據以下說明書的描述，在不脫離本發明的精神範圍內，作均等的修飾與變化。在不同實施例與圖式之中，相同的元件，將以相同的元件符號加以表示。
請參照第1A圖至第1G圖，第1A圖至第1G圖係根據本說明書的一實施例，繪示製作微流體感測元件100的部分製程結構剖面示意圖。製作微流體感測元件100的方法，包括下述步驟：首先，提供一個基材101(如第1A圖所繪示)。在本說明書的一些實施例中基材101可以是一種玻璃基板、陶瓷基板、塑化基板(例如聚醯亞氨(Polyimide)薄膜)或半導體基材。例如，在本實施例中，基材101可以是一種玻璃。
之後，於基材101上形成一個第一圖案化導電層102，使第一圖案化導電層102具有複數個相互隔離的電極。在本說明書的一些實施例中，構成第一圖案化導電層102的材料，可以是金屬或透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)。第一圖案化導電層102的形成方式，可以包括下述步驟：首先，採用化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，CVD)和金屬有機化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)製程，在基材101的上表面101a形成導電層，再以微影蝕刻技術移除一部分導電層，將一部分基材101表面暴露出來。
第一圖案化導電層102具有相互隔離，且依序鄰接的第一電極102a、第二電極102b以及第三電極102c。但第一圖案化導電層102的電極數目其排列方式並不以此為限。在本實施例中，第一圖案化導電層102的第三電極102c可以選擇性的(Optional)包括一個主體部102c1、一個延伸部102c2和一個連接主體部102c1和延伸部102c2的連接部102c3(如第1B圖所繪示)。
接著，以沉積製程(例如，低壓化學氣相沉積)來形成一個介電層103，覆蓋在第一圖案化導電層102的第一電極102a、第二電極102b和第三電極102c以及被暴露於外的基材101表面上方(如第1C圖所繪示)。在本說明書的一些實施例中，構成介電層103的材料可以是矽氧化物(Silicon oxide)、氮化矽(Silicon nitride)、氮氧化矽(Silicon-oxy-nitride )或其他適合的介電材質。介電層103可以包含多層結構。在本實施例中，介電層103可以是一單層的氮化矽層。
再於介電層103上形成半導體通道層104，並對半導體通道層104進行圖案化，以形成一個通道區104a，使通道區104a與至少一部份的第三電極102c重疊。例如，在本說明書的一些實施例中，可以採用化學氣相沉積和有機化學氣相沉積或物理氣相沉積製程來形成半導體通道層104。構成半導體通道層104的材料，可以包括氧化銦(In2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、氧化鋅(ZnO)、銦鎵鋅氧化物(Indium Gallium Zinc Oxide，IGZO)中的至少一種氧化物半導體 (Oxide Semiconductor，OS)材料。
在本實施例中，對半導體通道層104進行圖案化的步驟，可以包括採用圖案化光阻層(未繪示)覆蓋位於第三電極102c之延伸部102c2上方的一部份半導體通道層104，並藉由蝕刻步驟，例如反應離子蝕刻(Reactive-Ion Etching，RIE)，來移除未被圖案化光阻層(未繪示)覆蓋的一部分半導體通道層104，並且使餘留下來的半導體通道層104形成與第三電極102c的延伸部102c2重疊的通道區104a，並藉由介電層103使通道區104a與第三電極102c的延伸部102c2電性隔離(如第1D圖所繪示)。
剝除圖案化光阻層(未繪示)後，於介電層103和半導體通道層104上形成第二圖案化導電層105，並與通道區104a接觸，且藉由介電層103使第二圖案化導電層105與第三電極102c隔離。在本說明書的一些實施例中，構成第二圖案化導電層105的材料，可以是金屬或透明導電氧化物，例如氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)。在本實施例中，第二圖案化導電層105具有彼此分離的源極105a和汲極105b，分別位於構成通道區104a之圖案化半導體通道層104的兩側側壁上。且經由第二圖案化導電層105中用來隔離源極105a和汲極105b的開口105c，可將圖案化半導體通道層104的通道區104a暴露於外(如第1E圖所繪示)。
在形成第二圖案化導電層105之後，形成一個感測層106，與半導體通道層104的通道區104a直接接觸。其中，感測層106具有一個感測區106a與第三電極102c重疊。在本說明書的一些實施例中，構成感測層106的材料，可以選自於例如氮化矽(Si3 N4 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化錫(SnO2 )、非晶矽(Amorphous silicon，a-Si:H)、氧化鉭(Ta2 O5 )、氮化鋁(AlN)及非晶氧化鎢(Amorphous tungsten oxide，a-WO3 )其中至少一者。
在本實施例中，形成感測層106的方式，可以包括採用沉積製程(例如化學氣相沉積或物理氣相沉積)將前述的感測材料沉積於介電層103和第二圖案化導電層105上。再藉由蝕刻圖案化製程移除位於第一電極102a和102b上方的一部分感測材料。使一部份的感測層106覆蓋在位於第三電極102c之主體部102c1和連接部102c3上方的介電層103上；一部分覆蓋於源極105a和汲極105b上方；以及另一部分填充於第二圖案化導電層105的開口105c之中，而與通道區104a直接接觸(如第1F圖所繪示)。
接著，在介電層103上形成一個疏水層107，並以蝕刻製程移除覆蓋於第三電極102c主體部102c1上方的一部分疏水層107，以形成一個開口107a，將一部分的感測層106暴露於外(如第1G圖所繪示)。在本說明書的一些實施例中，構成疏水層107的材料，具有比構成感測層106的材料還要大的疏水性(Hydrophobicity)。例如，在本實施例中，構成疏水層107的材料可以是聚四氟乙烯(C2 F4 )n 、全氟環狀聚合物(Cyclized Perfluoro Polymer，CYTOP )、其他類似的材料或上述材料的組合。
後續，提供一個控制電路108，分別耦接至第一電極102a、第二電極102b、第三電極102c完成微流體感測元件100的製備。請參照第1H圖，第1H圖係繪示微流體感測元件100的結構上視圖。其中，第1G係沿著第1H圖的切線S所繪製而成。在本實施例中，微流體感測元件100還包括與第一電極102a、第二電極102b、第三電極102c鄰接，且彼此分離的第四電極102d、第五電極102e、第六電極102f和第七電極102g。每一個電極(第一電極102a至第七電極102g)分別對應一條導線110和一個接觸電極 (Contact pad)109，並經由對應的導線110和接觸電極109將其連接至控制電路108。
其中，控制電路108和第一電極102a至第七電極102g可以組成一個數位微流體平台(Digital microfluid platform)111，來驅動作為檢驗樣品的液體112，在疏水層107上運動。感測層106、第二圖案化導電層105的源極105a和汲極105b以及半導體通道層104，則可以組成一個用來量測液體112之電化學特性的電化學感測單元114。
例如，在本說明書的一些實施例中，電化學感測單元114可以是一種離子感測場效電晶體(Ion-Sensing Field Effect Transistor，ISFET)。利用感測層106與液體112中的帶電離子接觸來產生感應通道，以改變半導體通道層的104之通道區104a的載子流電荷密度；並藉由量測流過離子感測場效電晶體之源極105a和汲極105b的電流、阻抗值或電位差，來決定出液體112中的酸鹼度(pH值)或離子濃度。在實際操作上，一般還會配合一個外加的參考電極113來與液體112接觸，以提供液體112一個明確的參考電位。
在本說明書的一些實施例中，數位微流體平台111，係利用介電濕潤原理來驅動液體112，在疏水層107上進行滾動、結合分離等動作。例如在本實施例中，液體112可以是一種包含帶電粒子或離子的液滴。液體112的液滴粒徑尺寸實質上需大於電極(第一電極102a至第七電極102g) 並接觸臨近電極之面積的液滴。控制電路108可以分別對第一電極102a至第七電極102g施加不同的電壓，以在任兩個相鄰電極(例如第二電極102b和第三電極102c)之間形成電壓差。利用電壓差改變液體112在不同方向的表面與疏水層107之間的接觸角，以表面張力變化來驅動液體112的移動，使液體112由一個電極(例如第二電極102b)滾向另一個電極(例如第三電極102c)，最終移動至電化學感測單元114之感測層106的感測區106a上，以量測液體112的電化學特性。
請參照第2圖，第2圖係根據本說明書的另一實施例所繪示之微流體感測元件200的部分結構剖面示意圖。微流體感測元件200的結構大致與微流體感測元件100(第1H圖所繪示者)類似，差別在於微流體感測元件200還包括一個上方基材201，配置於基材101上表面101a上方，用來與基材101共同定義出一個腔室(Cavity)202，以容許液體112在腔室202中運動。
在本說明書的一些實施例中，微流體感測元件200還包括另一個疏水層203，形成於上方基材201的表面201a上。在本實施例中，由於基材101的表面101a上覆蓋有疏水層107，而疏水層203又面對基材101的表面101a。換言之，二個疏水層107和203係彼此相互面對，而腔室202則位於此二疏水層107和203之間。另外，上方基材201和疏水層203之間較佳還包括一個共同電極層204。此共同電極層204與控制電路108電性連接，可以配合第一電極102a至第七電極102g對液體112施加電壓，以驅動液體112在疏水層107上運動。
然而，數位微流體平台111的配置與處理液體112的功能並不以此為限。例如請參照第3A圖和第3B圖，第3A圖和第3B圖係分別繪示採用微流體感測元件200對液體312進行分離和混合處理時的操作示意圖。在第3A圖所繪示的實施例中，液滴狀液體312位於第六電極102f上方。當控制電路108別分對第五電極102e、第六電極102f和第七電極102g施加不同電壓，促使液體312靠近第五電極102e和第七電極102g的兩側弧面與疏水層107之表面107a的接觸角減少，液體312會因表面張力的驅使而分離成二顆子液滴312a和312b並分別往第五電極102e和第七電極102g方向移動。
在第3B圖所繪示的實施例中，二顆子液滴312a’和312b’ 分別位於第五電極102e和第七電極102g上方。當控制電路108分別對第五電極102e、第六電極102f和第七電極102g施加不同電壓，促使子液滴312a’和312b’ 靠近第六電極102f的兩側弧面與疏水層107表面107a的接觸角減少時，二顆子液滴312a’和312b’會往第六電極102f移動，進而結合成為單一顆的液滴狀液體312’。
第4圖係根據本說明書的又一實施例所繪示之微流體感測元件400的部分結構剖面示意圖。微流體感測元件400的結構大致與微流體感測元件100(第1H圖所繪示者)類似，差別在於構成微流體感測元件400之電化學感測單元414的感測層401，係與第三電極102c的主體部102c1直接接觸，而不與半導體通道層104的通道區104a直接接觸。
在本實施例中，第三電極102c的延伸部102c2、第二圖案化導電層105的源極105a和汲極105b以及半導體通道層104可以組成一個薄膜場效電晶體402；而第三電極102c中的主體部102c1除了作為數位微流體平台111的驅動電極之外，亦可作為薄膜場效電晶體402的閘極延伸部。其中，一部份的感測層401覆蓋在第三電極102c的主體部102c1(薄膜場效電晶體402的閘極延伸部)上，並經由疏水層107的開口107a暴露於外。利用感測層401與液體112中的帶電離子接觸，來改變薄膜場效電晶體402的閘極電位；並藉由量測流過薄膜場效電晶體402之源極105a和汲極105b的電流、阻抗值或電位差，來決定出液體112中的酸鹼度或離子濃度。
根據本說明書的實施例，本發明是在揭露一種微流體感測元件及其製作方法。其係藉由半導體製程，將包括至少一個第一電極、一個第二電極、一個第三電極和一個疏水層的微流體單元以及包括至少一個半導體通道層、一個源極/汲極層、一個感測層的電化學感測單元整合在單一基材上，以製作出一個同時具有半導體尺度之微流體單元和電化學感測單元的微流體感測元件。
其中，第一電極、第二電極和第三電極位於同一個圖案化金屬層上。疏水層覆蓋於第一電極、第二電極和第三電極上，用以承載液體。半導體通道層具有通道區和第三電極至少部分重疊，且與第三電極隔離。源極/汲極層位於通道區的兩側，並與通道區接觸。藉由控制電路來對第一電極、第二電極和第三電極施加不同電壓，利用介電濕潤的原理來驅動用來作為檢驗樣品的液滴，使其在疏水層上進行運動；再藉由電化學感測單元量測檢驗樣品的電化學特性。
通過半導體製程整合方法，可將微流體元件製作成為一種具有半導體尺度的生物微機電系統，並且和電化學感測單元同時形成，不但簡化了微流體感測元件的製程步驟，且可以大幅降低元件尺寸。另外，藉由具有半導體尺度的微流體單元來對液滴狀的檢驗樣品進行運輸、試劑混合、分離和分散操作可以大幅減少試劑的用量與人工操作成本，同時提高檢驗的效能。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何該技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧微流體感測元件
101‧‧‧基材
101a‧‧‧基材表面
102‧‧‧第一圖案化導電層
102a‧‧‧第一電極
102b‧‧‧第二電極
102c‧‧‧第三電極
102c1‧‧‧主體部
102c2‧‧‧延伸部
102c3‧‧‧連接部
102d‧‧‧第四電極
102e‧‧‧第五電極
102f‧‧‧第六電極
102g‧‧‧第七電極
103‧‧‧介電層
104‧‧‧半導體通道層
104a‧‧‧通道區
105‧‧‧第二圖案化導電層
105a‧‧‧源極
105b‧‧‧汲極
105c‧‧‧開口
106‧‧‧感測層
106a‧‧‧感測區
107‧‧‧疏水層
107a‧‧‧疏水層的開口
108‧‧‧控制電路
109‧‧‧接觸電極
110‧‧‧導線
111‧‧‧數位微流體平台
112‧‧‧液體
113‧‧‧參考電極
114‧‧‧電化學感測單元
200‧‧‧微流體感測元件
201‧‧‧上方基材
201a‧‧‧上方基材的表面
202‧‧‧腔室
203‧‧‧疏水層
204‧‧‧共同電極層
312、312’‧‧‧液體
312a、312b、312a’、312b’‧‧‧子液滴
400‧‧‧微流體感測元件
401‧‧‧感測層
402‧‧‧薄膜場效電晶體
414‧‧‧電化學感測單元
以下將藉由附圖來對本發明提供進一步的說明。其中，這些附圖會被併入而成為本說明書的一部分。 然而，本發明的範圍不應被解釋為僅限於這些附圖的內容。 第1A圖至第1H圖係根據本說明書的一實施例，繪示製作微流體感測元件的部分製程結構剖面示意圖； 第2圖係根據本說明書的另一實施例所繪示之微流體感測元件的部分結構剖面示意圖; 第3A圖和第3B圖係分別繪示採用微流體感測元件對液體進行分離和混合處理時的操作示意圖；以及 第4圖係根據本說明書的又一實施例所繪示之微流體感測元件的部分結構剖面示意圖。
無。

Claims (10)

  1. 一種微流體感測元件(Microfluid sensing device)，用以承載並感測一流體的一電化學特性(Electrochemical properties)，包括： 一第一基材； 一第一圖案化導電層，位於該第一基材上，具有相互隔離，且依序鄰接的一第一電極、一第二電極以及一第三電極； 一第一疏水層(Hydrophobic layer)，位於該第一圖案化導電層上方，用以承載該流體； 一半導體通道層，具有一通道區與該第三電極重疊，並與該第三電極隔離； 一第二圖案化導電層，具有一源極和一汲極，分別位於該通道區的兩側，並與該通道區接觸，且與該第三電極隔離； 一感測層，與該第三電極和該半導體通道層之一者接觸，且具有一感測區與該第三電極重疊，並經由該第一疏水層的一開口暴露於外；以及 一控制電路，與該第一電極、該第二電極和該第三電極耦接，並在該第一電極、該第二電極和該第三電極至少二者之間提供至少一電壓差，以驅動該流體在該第一疏水層和該感測層上運動。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，其中該第一基材係一玻璃基板、一晶圓或一塑化薄膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，其中構成該第一圖案化導電層和該第二圖案化導電層的材料，係選自於一金屬、一透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide，TCO)和前述之組合所組成的一族群。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，其中該電化學特性包括一離子濃度或一酸鹼度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，其中該第一疏水層的材料係聚四氟乙烯(C2 F4 )n 或全氟環狀聚合物(Cyclized Perfluoro Polymer，CYTOP )。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，更包括： 一第二基材，位於該第一基材之一側； 一第二疏水層，位於該第二基材上，且與該第一疏水層定義出一腔室(Cavity)，以容許該流體在其中運動；以及 一共同電極層；位於該第二基材和該第二疏水層之間。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，更包括一參考電極與位於該感測區中的該流體接觸，並對位於該感測區中的該流體施加一參考電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之微流體感測元件，其中該感測層具有比該第一疏水層小的一疏水性(Hydrophobicity)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之微流體感測元件，其中構成該感測層的材料，係選自於二氧化矽(SiO2 )、氮化矽(Si3 N4 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化錫(SnO2 ) 及上述任意組合所組成的一族群。
  10. 一種微流體感測元件的製作方法，包括： 提供一第一基材； 於該第一基材上形成一第一圖案化導電層，使該第一圖案化導電層具有相互隔離且依序鄰接的一第一電極、一第二電極以及一第三電極； 於該第一圖案化導電層上形成一第一疏水層； 形成一半導體通道層，具有一通道區與該第三電極重疊，並與該第三電極隔離； 形成一第二圖案化導電層，具有一源極和一汲極，分別位於該通道區的兩側，並與該通道區接觸，且與該第三電極隔離； 形成一感測層，與該第三電極和該半導體通道層之一者直接接觸，且具有一感測區與該第三電極重疊，並經由該第一疏水層的一開口暴露於外；以及 提供一控制電路，與該第一電極、該第二電極和該第三電極耦接。
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