[发明专利]微流体传感元件及其制作方法

说明书

一种微流体传感元件，包括位于基材上的第一图案化导电层，具有第一电极、第二电极及第三电极。疏水层位于第一图案化导电层上，用以承载流体。半导体沟道层具有沟道区与第三电极重叠，与第三电极隔离。第二图案化导电层具有源极和漏极，位于沟道区两侧，与半导体沟道层接触，与第三电极隔离。传感层与第三电极和半导体沟道层之一者接触，具有传感区与第三电极重叠，经由疏水层的开口暴露于外。控制电路与第一电极、第二电极和第三电极耦接，在第一电极、第二电极和第三电极至少二者间提供电压差，以驱动流体在疏水层和传感层上运动。

技术领域

本发明是有关于一种生物微机电系统及其制造方法，特别是一种微流体传感元件。

背景技术

生物信息技术利用应用数学、信息学、统计学和计算机科学等方法来收集、筛选、处理及利用各种生物学的资料。在进行生物信息的收集、筛选、处理及利用的过程中，生物样品的制备和分析需要耗费相当大的人力与时间。如何在成分复杂的检体中，以最少的准备步骤(Simple)实现高选择性(High selectivity)、高敏感度(High sensitivity)及快速检测的检测方法，已是目前业界的一大挑战。

生物微机电系统(Biomedical Microelectromechanical Systems，Bio-MEMS)是将微机电系统技术应用在生命科学领域，具有分析时间短、样品消耗少、自动化、快速平行分析与可抛弃式等优点。目前已被应用于生物信息的收集、筛选、处理及利用。典型的生物微机电系统，是一种结合微流体装置以及半导体级别(Scaled)的生物传感装置(Bio-sensor)的生物晶片，可以把复杂的微小流道与控制流道运作的阀件整合至数公分见方的晶片上，提供一套处理与分析的检验流程。

然而，受限于实体流道和阀件的尺寸设计，传统微流道装置的制作尚无法与形成生物传感装置的半导体工艺充分整合。而是必须另外藉由打线(Wire bonding)或晶粒键合(Die bonding)的方式将二者整合在一起。不仅工艺工序较为繁复，也不符合元件微小化的趋势。

因此，有需要提供一种先进的微流体传感元件及其制作方法，来解决习知技术所面临的问题。

发明内容

本说明书一实施例是公开一种微流体传感元件(Microfluid sensing device)，用以承载并传感流体的电化学特性(Electrochemical properties)，包括：第一基材、第一图案化导电层、第一疏水层(Hydrophobic layer)、半导体沟道层、第二图案化导电层、传感层以及控制电路。第一图案化导电层位于第一基材上，具有相互隔离且依序邻接的第一电极、第二电极以及第三电极。第一疏水层位于第一图案化导电层上方，用以承载流体。半导体沟道层具有一沟道区与第三电极重叠，并与第三电极隔离。第二图案化导电层具有源极和漏极，分别位于沟道区的两侧，并与沟道区接触，且与第三电极隔离。传感层与第三电极和半导体沟道层之一者接触，且具有传感区与第三电极重叠，并经由第一疏水层的开口暴露于外。控制电路与第一电极、第二电极和第三电极耦接，并在第一电极、第二电极和第三电极至少二者之间提供至少一个电压差，以驱动流体在第一疏水层和传感层上运动。

本说明书的另一实施例是公开一种微流体传感元件的制作方法，包括下述步骤：首先，提供第一基材，并于第一基材上形成第一图案化导电层，使第一图案化导电层具有相互隔离且依序邻接的第一电极、第二电极以及第三电极。然后，于第一图案化导电层上形成第一疏水层，并形成半导体沟道层，使其具有一沟道区与第三电极重叠，且与第三电极隔离。形成第二图案化导电层，使其具有源极和漏极，分别位于沟道区的两侧，并与沟道区接触，且与第二图案化导电层隔离。形成传感层，与第三电极和该半导体沟道层之一者直接接触，且具有传感区与第三电极重叠，并经由第一疏水层的一个开口暴露于外。提供控制电路，与第一电极、第二电极和第三电极耦接。