一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其制備方法
專利匯可以提供一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其制備方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 屬于微流控芯片的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成PDEOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其原位制備方法；所要解決的技術(shù)問題為：提供一種兼具成本優(yōu)勢與性能優(yōu)勢的PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其制備方法；解決該技術(shù)問題采用的技術(shù)方案為：芯片包括基底，基底的上層沉積有 導線 層，導線層內(nèi)部設(shè)置有電氣 連接線 和基片pad；導線層的上層還沉積有絕緣層，絕緣層上設(shè)置有 電極 窗口；絕緣層上還沉積有微電極，微電極的一端裸露在絕緣層上，微電極的另一端穿過電極窗口與導線層連接；微電極包括源極、柵極、漏極；基底、導線層、絕緣層、電極窗口、微電極共同構(gòu)成基片，基片與PDMS蓋片通過機械或者物理化學方法鍵合在一起；本發(fā)明應(yīng)用于電化學晶體管的微流控芯片制備。，下面是一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其制備方法專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片，其特征在于：包括基底（1），所述基底（1）的上層沉積有導線層（2），所述導線層（2）設(shè)置有電氣連接線和基片pad；所述導線層（2）的上層還沉積有絕緣層（3），所述絕緣層（3）上設(shè)置有電極窗口（4）；
所述絕緣層（3）上還沉積有微電極（5），所述微電極（5）的一端裸露在絕緣層（3）上，微電極（5）的另一端穿過電極窗口（4）與導線層（2）連接；
所述微電極（5）包括源極（6）、柵極（7）、漏極（8）；
所述基底（1）、導線層（2）、絕緣層（3）、電極窗口（4）、微電極（5）共同構(gòu)成基片（20），所述基片（20）與PDMS蓋片（9）通過機械或者物理化學方法鍵合在一起；
所述PDMS蓋片（9）包括進液口（10）、流體輸運通道（11）、微型圓池（12）、出液口（13），所述進液口（10）位于PDMS蓋片（9）一側(cè)，所述出液口（13）位于PDMS蓋片（9）的入口相對側(cè)，所述進液口（10）、出液口（13）均通過流體輸運通道（11）與微型圓池（12）相連；
所述微電極（5）布置在微型圓池（12）的中央；
所述微電極的源極（6）、漏極（8）與柵極（7），相互之間呈三角形設(shè)置，其中源極（6）、漏極（8）水平放置，柵極（7）豎直放置；所述源極（6）和漏極（8）之間沉積有有機半導體膜（44）。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片，其特征在于：所述源極（6）和漏極（8）具體為兩個相對的貴金屬微電極組成的微電極對，所述微電極對的間距由有機半導體膜（44）的形貌與結(jié)構(gòu)決定；
所述柵極（7）與有機半導體膜（44）的距離為源極（6）與漏極（8）間距的2-10倍；
所述源極（6）、柵極（7）、漏極（8）具體由金屬或?qū)щ娊饘?a href='/zhuanli/list-21453-1.html' target='_blank'>氧化物制作；
所述微電極中的源極（6）、柵極（7）、漏極（8）分別充當電化學晶體管的源極、柵極、漏極。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片，其特征在于：所述有機半導體膜（44）具體為，采用電化學方法制備的摻雜一種或多種表面活性劑的PEDOT：PSS。
4.一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：具體涉及一種微電極（5）加工制作方法，軟光刻技術(shù)制備PDMS蓋片（9）的方法，電化學沉積制備有機半導體膜（44），包括如下步驟：
S1：利用MEMS疊層工藝在基底（1）上制備微電極（5）包括：源極（6）、漏極（8）和柵極（7）；
S2：設(shè)計制作PCB轉(zhuǎn)接板，用于芯片的固定；
S3：將S1加工的芯片轉(zhuǎn)接到PCB上，通過金絲球焊的方法將源極（6）、漏極（8）和柵極（7）的pad焊盤（15）與PCB板上的小焊盤連接；
S4：利用軟光刻技術(shù)制備PDMS蓋片（9）；
S5：將S3得到的芯片與PDMS蓋片（9）鍵合，實現(xiàn)封裝；
S6：在溶劑中加入聚苯乙烯磺酸鈉?(PSS)，以及3,4乙烯二氧噻吩?(EDOT)單體，以及摻雜劑充分攪拌混勻得到電解液；
S7：將電解液泵送至PDMS蓋片（9）中，使用電化學的方法在源極（6）和漏極（8）之間電化學沉積有機半導體膜（44），使預(yù)制的源極（6）和漏極（8）相互接觸；
S8：將電介質(zhì)溶液泵送至PDMS蓋片（9）中，使其充分與有機半導體膜（44）、柵極（7）接觸，進行電化學晶體管性能的測試。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S1的具體過程為：
S101：將基底（1）浸泡于鉻酸24小時，并用去離子水清洗并烘干備用；在基底（1）上沉積第一層金屬層并通過光刻和lift-off工藝，形成用于引出各個電極的電氣連接線以及pad焊盤（15）；
S102：沉積絕緣層（3）并刻蝕，形成與源極（6）、漏極（8）、柵極（7）以及pad焊盤（15）位置對應(yīng)的窗口；
S103：沉積第二層金屬層并通過光刻和lift-off工藝，形成源極（6）、漏極（8）和柵極（7）；
S104：源極（6）、漏極（8）和柵極（7）通過電極窗口（4）內(nèi)的金屬與導線層（2）連接，并與pad焊盤（15）相連；
所述pad為矩形或正方形，最小邊長大于1mm；微電極（5）的長度與寬度均至少為2μm；
所述基底（1）可以為玻璃、二氧化硅等；
所述微電極（5）優(yōu)選的金屬材料為金、鉑、鈀等貴金屬或金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S2的具體過程為：
S201：用Altium?Designer?軟件設(shè)計PCB圖紙并提交給PCB生產(chǎn)廠家；
S202：將若干導線通過焊槍分別固定到大焊盤上；
所述PCB板上設(shè)置有多個大焊盤，以及通過印刷電路與大焊盤相連接的多個小焊盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S4的具體過程為：
S401：將玻片浸泡于鉻酸24小時，并用去離子水清洗并烘干；
S402：將玻片用六甲基二硅烷（HDMS）硅烷化；
S403：使用甩膠機將光刻膠均勻旋涂于玻片上，隨后加熱若干時間，最后使其恢復(fù)至室溫；
S404：使用紫外光刻機進行曝光顯影，配套顯影液，得到光刻陽膜；
S405：將顯影后的陽膜清潔干凈；
S406：使用三甲基氯硅烷化試劑（TMCS）蒸汽處理陽膜，并用氮氣吹干；
S407：澆筑和旋涂PDMS；
S408：除去PDMS中的氣泡并使其固化；
S409：將固化的PDMS分離和打孔，得到PDMS蓋片（9）。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S5的具體過程為：
S501：將PDMS微型圓池（12）中央與源極（6）、漏極（8）之間的有機半導體膜（44）對準，同時將導線層（2）末端的Pad焊盤（15）裸露出來；
S502：將對準的PDMS蓋片（9）與基片（20）通過封裝工藝鍵合，進行封裝；
所述封裝工藝可以是熱壓法、熱和光催化粘合劑粘合法、有機溶劑粘合法、自然粘合法、氧等離子氧化封接法、紫外照射法、交聯(lián)劑調(diào)節(jié)法或機械加工法。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S6的具體過程為：
S601：在容量瓶中加入適量溶劑；
S602：取定量的聚苯乙烯磺酸鈉（NaPSS）以及摻雜劑加入容量瓶中；
S603：向上述溶液中滴加定量EDOT單體，之后定容；不斷攪拌至完全溶解，得到所需要的電解液；
所述溶劑可以是水溶液、乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯等有機溶液；所述的摻雜劑可以為石墨烯量子點、乙二醇、二甲基亞砜等；所述NaPSS濃度范圍為10mmol 0.5mol/L；所述EDOT單~
體濃度范圍為10mmol 0.5mol/L。
~
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片制備方法，其特征在于：所述步驟S7的具體過程為：
S701：將電解液泵送至PDMS蓋片（9）內(nèi)的源極（6）和漏極（8）之間；
S702：使用電化學工作站在源漏極上施加電信號，使電解液發(fā)生聚合反應(yīng)，形成有機半導體膜（44）連接源極（6）和漏極（8）；
S703：將去離子水泵送至PDMS蓋片（9）中，將殘留的電解液沖洗干凈，然后在干燥箱中干燥；
所述電信號類型，具體可以采用方波、三角波和正弦波：
當采用方波交流信號時，電壓范圍為1.6V 6V，頻率為50Hz 2MHz；
~ ~
當采用三角波交流信號時，電壓范圍為1.6V 10V，頻率為200Hz 5MHz；
~ ~
當采用正弦波交流信號時，電壓范圍為1.6V 8V，頻率為50Hz 3MHz；
~ ~
所述步驟S8的具體過程為：
S801：將源極（6）、漏極（8）和柵極（7）的引線分別與半導體分析儀或數(shù)字源表相連接；
S802：將電介質(zhì)溶液泵送至有機半導體膜（44）和柵極（7）上，充分覆蓋有機半導體膜（44）和柵極（7）；
S803：進行器件性能的測試；
S804：將去離子水泵送至PDMS蓋片（9）中，將殘留的電介質(zhì)溶液沖洗干凈，然后在干燥箱中干燥；
所述電介質(zhì)溶液可以為NaCl、KCl等離子水溶液或1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽、四丁基膦四氯鐵酸鹽、四丁基膦四氟硼酸鹽等離子液體。
一種基于PEDOT：PSS電化學晶體管的微流控芯片及其制備
方法
技術(shù)領(lǐng)域
發(fā)明內(nèi)容
所述微電極包括源極、柵極、漏極；
所述基底、導線層、絕緣層、電極窗口、微電極共同構(gòu)成基片，所述基片與PDMS蓋片通過機械或者物理化學方法鍵合在一起；
所述PDMS蓋片包括進液口、流體輸運通道、微型圓池、出液口，所述進液口位于PDMS蓋片一側(cè)，所述出液口位于PDMS蓋片的入口相對側(cè)，所述進液口、出液口均通過流體輸運通道與微型圓池相連；
所述微電極布置在微型圓池的中央；
所述微電極的源極、漏極與柵極，相互之間呈三角形設(shè)置，其中源極、漏極水平放置，柵極豎直放置；所述源極和漏極之間沉積有有機半導體膜。
所述源極、柵極、漏極具體由金屬或?qū)щ娊饘?a href='/zhuanli/list-21453-1.html' target='_blank'>氧化物制作；
所述微電極中的源極、柵極、漏極分別充當電化學晶體管的源極、柵極、漏極。
S2：設(shè)計制作PCB轉(zhuǎn)接板，用于芯片的固定；
S3：將S1加工的芯片轉(zhuǎn)接到PCB上，通過金絲球焊的方法將源極、漏極和柵極的pad焊盤與PCB板上的小焊盤連接；
S4：利用軟光刻技術(shù)制備PDMS蓋片；
S5：將S3得到的芯片與PDMS蓋片鍵合，實現(xiàn)封裝；
S6：在溶劑中加入聚苯乙烯磺酸鈉?(PSS)，以及3,4乙烯二氧噻吩?(EDOT)單體，以及摻雜劑充分攪拌混勻得到電解液；
S7：將電解液泵送至PDMS蓋片中，使用電化學的方法在源極和漏極之間電化學沉積有機半導體膜，使預(yù)制的源極和漏極相互接觸；
S8：將電介質(zhì)溶液泵送至PDMS蓋片中，使其充分與有機半導體膜、柵極接觸，進行電化學晶體管性能的測試。
S102：沉積絕緣層并刻蝕，形成與源極、漏極、柵極以及pad焊盤位置對應(yīng)的窗口；
S103：沉積第二層金屬層并通過光刻和lift-off工藝，形成源極、漏極和柵極；
S104：源極、漏極和柵極通過電極窗口內(nèi)的金屬與導線層連接，并與pad焊盤相連；
所述pad為矩形或正方形，最小邊長大于1mm；微電極的長度與寬度均至少為2μm；
所述基底可以為玻璃、二氧化硅等；
所述微電極優(yōu)選的金屬材料為金、鉑、鈀等貴金屬或金屬氧化物。
S202：將若干導線通過焊槍分別固定到大焊盤上；
所述PCB板上設(shè)置有多個大焊盤，以及通過印刷電路與大焊盤相連接的多個小焊盤。
S402：將玻片用六甲基二硅烷（HDMS）硅烷化；
S403：使用甩膠機將光刻膠均勻旋涂于玻片上，隨后加熱若干時間，最后使其恢復(fù)至室溫；
S404：使用紫外光刻機進行曝光顯影，配套顯影液，得到光刻陽膜；
S405：將顯影后的陽膜清潔干凈；
S406：使用三甲基氯硅烷化試劑（TMCS）蒸汽處理陽膜，并用氮氣吹干；
S407：澆筑和旋涂PDMS；
S408：除去PDMS中的氣泡并使其固化；
S409：將固化的PDMS分離和打孔，得到PDMS蓋片。
S502：將對準的PDMS蓋片與基片通過封裝工藝鍵合，進行封裝；
所述封裝工藝可以是熱壓法、熱和光催化粘合劑粘合法、有機溶劑粘合法、自然粘合法、氧等離子氧化封接法、紫外照射法、交聯(lián)劑調(diào)節(jié)法或機械加工法。
S602：取定量的聚苯乙烯磺酸鈉（NaPSS）以及摻雜劑加入容量瓶中；
S603：向上述溶液中滴加定量EDOT單體，之后定容；不斷攪拌至完全溶解，得到所需要的電解液；
所述溶劑可以是水溶液、乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯等有機溶液；所述的摻雜劑可以為石墨烯量子點、乙二醇、二甲基亞砜等；所述NaPSS濃度范圍為10mmol 0.5mol/L；所述EDOT單~
體濃度范圍為10mmol 0.5mol/L。
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S702：使用電化學工作站在源漏極上施加電信號，使電解液發(fā)生聚合反應(yīng)，形成有機半導體膜連接源極和漏極；
S703：將去離子水泵送至PDMS蓋片中，將殘留的電解液沖洗干凈，然后在干燥箱中干燥；
所述電信號類型，具體可以采用方波、三角波和正弦波：
當采用方波交流信號時，電壓范圍為1.6V 6V，頻率為50Hz 2MHz；
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當采用三角波交流信號時，電壓范圍為1.6V 10V，頻率為200Hz 5MHz；
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當采用正弦波交流信號時，電壓范圍為1.6V 8V，頻率為50Hz 3MHz。
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S802：將電介質(zhì)溶液泵送至有機半導體膜和柵極上，充分覆蓋有機半導體膜和柵極；
S803：進行器件性能的測試；
S804：將去離子水泵送至PDMS蓋片中，將殘留的電介質(zhì)溶液沖洗干凈，然后在干燥箱中干燥；
所述電介質(zhì)溶液可以為NaCl、KCl等離子水溶液或1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸鹽、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽、四丁基膦四氯鐵酸鹽、四丁基膦四氟硼酸鹽等離子液體。
圖2為PDMS蓋片制備工藝流程圖；
圖3為芯片整體結(jié)構(gòu)圖；
圖4為PDMS蓋片結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為電化學沉積示意圖；
圖6為電化學晶體管性能測試示意圖；
圖7為本發(fā)明實施例1的測量輸出曲線圖；
圖中：1為基底、2為導線層、3為絕緣層、4為電極窗口、5為微電極、6為源極、7為柵極、8為漏極、9為PDMS蓋片、10為進液口、11為流體輸運通道、12為微型圓池、13為出液口、44為有機半導體膜、15為pad焊盤、20為基片；
31為注射器、32為微量注射泵、33為電化學工作站、34為顯微鏡、35為半導體分析儀或數(shù)字源表。
具體實施方式
1、如圖1（a）所示，選用石英玻璃作為基底，將基底浸泡于鉻酸24小時，用去離子水清洗，并烘干備用。在基底上沉積第一層金層并通過光刻和lift-off工藝，形成用于引出源極、漏極和柵極的電氣連接線以及pad。更具體地，首先，在玻璃片上勻膠并烘干，使用掩膜版進行光刻顯影；然后，濺射厚度為30nm的鈦（Ti）作為玻璃片與金屬的粘附層，再濺射厚度為200nm的金（Au）；最后，放在裝有丙酮的超聲槽內(nèi)2min，完成lift-off，實現(xiàn)導線層的圖形化。
2、再滴加0.07g的EDOT單體至容量瓶；
3、加去離子水定容至10ml后40度水浴加熱攪拌1小時，至EDOT與PSS完全溶解。
電壓設(shè)置為-600mV 600mV，步進100mV。測量轉(zhuǎn)移曲線時，源漏電壓固定在-600mV，柵極掃描~
電壓為-600mV 600mV，步進50mV。測量結(jié)果如下圖所示。
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