[发明专利]一种传感芯片及其制造方法

说明书

本申请公开了一种结合微流控和场效应传感器的传感芯片及其制造方法，该传感芯片包括：微流控芯片，包括覆盖于微流控芯片表面的第一疏水层；场效应传感器芯片，至少包括一个具有敏感膜的场效应传感器，所述场效应传感器位于所述微流控芯片上方，其中所述第一疏水层面与所述敏感膜面相对，所述第一疏水层面与所述敏感膜面之间存在间距；以及拓展衬底，所述场效应传感器位于所述拓展衬底表面、嵌于所述拓展衬底内部或者部分嵌于所述拓展衬底内部。该传感芯片可以使用于各种流体生化检测过程，实现小型化，方便，快速地检测。

技术领域

本发明涉及一种传感芯片，尤其涉及一种结合微流控和场效应传感器的传感芯片及其制造方法。

技术背景

微流控系统是用来控制微量液体的工具，可以操控液体流动。传统的微流控系统只能控制液体的运动，但是没有传感器与其配套使用，缺乏对液体进行检测的手段，使得其应用范围受到限制，缺乏对液体的检测手段是限制微流控发展的重要瓶颈。

场效应传感器具有微型化，灵敏度高，响应时间短的特点，最适合与微流控技术结合。把微流控系统和场效应传感器相结合面临一个最重要的矛盾是传感器芯片的尺寸通常只有几平方毫米，但是微流控设备的尺寸在几百平方厘米，两者相差1000～10000倍。

现有的把微流控技术与传感器技术相融合的方法是把微流控芯片直接制造在传感器芯片上，通过CMOS兼容工艺制造于同一衬底上，如图1所示的系统000，1是场效应传感器芯片，2是微流控系统的电极，3是微流控系统的疏水层，6是场效应传感器，8是敏感膜，9是目标液滴；微流控芯片上所需要用到的电极和疏水层均通过CMOS兼容工艺在制造场效应芯片的同时和场效应传感器制造在同一衬底上，这样做最大的问题在于用昂贵的CMOS工艺制造面积巨大的微流控设备导致整个设备的成本非常高，而且对于芯片制造的工艺兼容性提出更高要求，对于非传统的场效应传感器，例如二硫化钼或石墨烯二维材料场效应传感器，其制造工艺很难兼容，这种传统的方案是不可实施的。

半导体场效应传感器相比于电极传感器的优势十分明显。1.场效应传感器的检测精度更高，而电极传感器检测精度差，可重复性差，往往需要大量对照试验和对照电极来确定被检测物质的浓度和种类；2.场效应传感器可以实时监测，而金属电极传感器不论是通过循环伏安法检测还是阻抗法检测都需要大量时间，不适合快速高通量检测；3.场效应传感器的尺寸小，采用阵列式排布，适用于大规模高通量的液滴检测，微流控技术的主要优势在于高通量的液滴驱动从而实现快速检测，因此场效应传感器比电极传感器更加适于与微流控技术结合。相比于把微电极传感器和丝网印刷电极传感器等由金属薄膜构成的传感器，半导体传感器和微流控技术结合的技术难度很高。从技术方案角度来看，金属薄膜传感器因为本身厚度小，可以直接贴附在数字微流控芯片的上盖上实现集成，是容易想到的技术方案。而半导体场效应传感器本身具有较厚的衬底材料，把它直接贴附在上盖上会使上盖平面凸起，阻碍液滴的移动，因此业内目前没有把场效应传感器与微流控技术结合的技术方案。

我们需要一种技术方案可以灵活方便地将两种系统进行结合。一旦可以将微流控技术与传感器技术相结合，将会开发出微流控系统巨大的潜力。

发明内容

为了解决上述现有技术的一个或多个技术问题，本发明提出一种传感芯片及其制造方法。

根据本发明实施例的一种传感芯片，包括：微流控芯片，包括覆盖于微流控芯片表面的第一疏水层；场效应传感器芯片，至少包括一个具有敏感膜的场效应传感器，所述场效应传感器位于所述微流控芯片上方，其中所述第一疏水层面与所述敏感膜面相对，所述第一疏水层面与所述敏感膜面之间存在间距；以及拓展衬底，所述场效应传感器位于所述拓展衬底表面、嵌于所述拓展衬底内部或者部分嵌于所述拓展衬底内部。