一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法
专利汇可以提供一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于微流控芯片的技术领域，具体涉及一种集成PDEOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其原位制备方法；所要解决的技术问题为：提供一种兼具成本优势与性能优势的PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法；解决该技术问题采用的技术方案为：芯片包括基底，基底的上层沉积有 导线 层，导线层内部设置有电气 连接线 和基片pad；导线层的上层还沉积有绝缘层，绝缘层上设置有 电极 窗口；绝缘层上还沉积有微电极，微电极的一端裸露在绝缘层上，微电极的另一端穿过电极窗口与导线层连接；微电极包括源极、栅极、漏极；基底、导线层、绝缘层、电极窗口、微电极共同构成基片，基片与PDMS盖片通过机械或者物理化学方法键合在一起；本发明应用于电化学晶体管的微流控芯片制备。，下面是一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片，其特征在于：包括基底（1），所述基底（1）的上层沉积有导线层（2），所述导线层（2）设置有电气连接线和基片pad；所述导线层（2）的上层还沉积有绝缘层（3），所述绝缘层（3）上设置有电极窗口（4）；
所述绝缘层（3）上还沉积有微电极（5），所述微电极（5）的一端裸露在绝缘层（3）上，微电极（5）的另一端穿过电极窗口（4）与导线层（2）连接；
所述微电极（5）包括源极（6）、栅极（7）、漏极（8）；
所述基底（1）、导线层（2）、绝缘层（3）、电极窗口（4）、微电极（5）共同构成基片（20），所述基片（20）与PDMS盖片（9）通过机械或者物理化学方法键合在一起；
所述PDMS盖片（9）包括进液口（10）、流体输运通道（11）、微型圆池（12）、出液口（13），所述进液口（10）位于PDMS盖片（9）一侧，所述出液口（13）位于PDMS盖片（9）的入口相对侧，所述进液口（10）、出液口（13）均通过流体输运通道（11）与微型圆池（12）相连；
所述微电极（5）布置在微型圆池（12）的中央；
所述微电极的源极（6）、漏极（8）与栅极（7），相互之间呈三角形设置，其中源极（6）、漏极（8）水平放置，栅极（7）竖直放置；所述源极（6）和漏极（8）之间沉积有有机半导体膜（44）。
2.根据权利要求1所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片，其特征在于：所述源极（6）和漏极（8）具体为两个相对的贵金属微电极组成的微电极对，所述微电极对的间距由有机半导体膜（44）的形貌与结构决定；
所述栅极（7）与有机半导体膜（44）的距离为源极（6）与漏极（8）间距的2-10倍；
所述源极（6）、栅极（7）、漏极（8）具体由金属或导电金属氧化物制作；
所述微电极中的源极（6）、栅极（7）、漏极（8）分别充当电化学晶体管的源极、栅极、漏极。
3.根据权利要求2所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片，其特征在于：所述有机半导体膜（44）具体为，采用电化学方法制备的掺杂一种或多种表面活性剂的PEDOT：PSS。
4.一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：具体涉及一种微电极（5）加工制作方法，软光刻技术制备PDMS盖片（9）的方法，电化学沉积制备有机半导体膜（44），包括如下步骤：
S1：利用MEMS叠层工艺在基底（1）上制备微电极（5）包括：源极（6）、漏极（8）和栅极（7）；
S2：设计制作PCB转接板，用于芯片的固定；
S3：将S1加工的芯片转接到PCB上，通过金丝球焊的方法将源极（6）、漏极（8）和栅极（7）的pad焊盘（15）与PCB板上的小焊盘连接；
S4：利用软光刻技术制备PDMS盖片（9）；
S5：将S3得到的芯片与PDMS盖片（9）键合，实现封装；
S6：在溶剂中加入聚苯乙烯磺酸钠 (PSS)，以及3,4乙烯二氧噻吩 (EDOT)单体，以及掺杂剂充分搅拌混匀得到电解液；
S7：将电解液泵送至PDMS盖片（9）中，使用电化学的方法在源极（6）和漏极（8）之间电化学沉积有机半导体膜（44），使预制的源极（6）和漏极（8）相互接触；
S8：将电介质溶液泵送至PDMS盖片（9）中，使其充分与有机半导体膜（44）、栅极（7）接触，进行电化学晶体管性能的测试。
5.根据权利要求4所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S1的具体过程为：
S101：将基底（1）浸泡于铬酸24小时，并用去离子水清洗并烘干备用；在基底（1）上沉积第一层金属层并通过光刻和lift-off工艺，形成用于引出各个电极的电气连接线以及pad焊盘（15）；
S102：沉积绝缘层（3）并刻蚀，形成与源极（6）、漏极（8）、栅极（7）以及pad焊盘（15）位置对应的窗口；
S103：沉积第二层金属层并通过光刻和lift-off工艺，形成源极（6）、漏极（8）和栅极（7）；
S104：源极（6）、漏极（8）和栅极（7）通过电极窗口（4）内的金属与导线层（2）连接，并与pad焊盘（15）相连；
所述pad为矩形或正方形，最小边长大于1mm；微电极（5）的长度与宽度均至少为2μm；
所述基底（1）可以为玻璃、二氧化硅等；
所述微电极（5）优选的金属材料为金、铂、钯等贵金属或金属氧化物。
6.根据权利要求5所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S2的具体过程为：
S201：用Altium Designer 软件设计PCB图纸并提交给PCB生产厂家；
S202：将若干导线通过焊枪分别固定到大焊盘上；
所述PCB板上设置有多个大焊盘，以及通过印刷电路与大焊盘相连接的多个小焊盘。
7.根据权利要求6所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S4的具体过程为：
S401：将玻片浸泡于铬酸24小时，并用去离子水清洗并烘干；
S402：将玻片用六甲基二硅烷（HDMS）硅烷化；
S403：使用甩胶机将光刻胶均匀旋涂于玻片上，随后加热若干时间，最后使其恢复至室温；
S404：使用紫外光刻机进行曝光显影，配套显影液，得到光刻阳膜；
S405：将显影后的阳膜清洁干净；
S406：使用三甲基氯硅烷化试剂（TMCS）蒸汽处理阳膜，并用氮气吹干；
S407：浇筑和旋涂PDMS；
S408：除去PDMS中的气泡并使其固化；
S409：将固化的PDMS分离和打孔，得到PDMS盖片（9）。
8.根据权利要求7所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S5的具体过程为：
S501：将PDMS微型圆池（12）中央与源极（6）、漏极（8）之间的有机半导体膜（44）对准，同时将导线层（2）末端的Pad焊盘（15）裸露出来；
S502：将对准的PDMS盖片（9）与基片（20）通过封装工艺键合，进行封装；
所述封装工艺可以是热压法、热和光催化粘合剂粘合法、有机溶剂粘合法、自然粘合法、氧等离子氧化封接法、紫外照射法、交联剂调节法或机械加工法。
9.根据权利要求8所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S6的具体过程为：
S601：在容量瓶中加入适量溶剂；
S602：取定量的聚苯乙烯磺酸钠（NaPSS）以及掺杂剂加入容量瓶中；
S603：向上述溶液中滴加定量EDOT单体，之后定容；不断搅拌至完全溶解，得到所需要的电解液；
所述溶剂可以是水溶液、乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯等有机溶液；所述的掺杂剂可以为石墨烯量子点、乙二醇、二甲基亚砜等；所述NaPSS浓度范围为10mmol 0.5mol/L；所述EDOT单~
体浓度范围为10mmol 0.5mol/L。
~
10.根据权利要求9所述的一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片制备方法，其特征在于：所述步骤S7的具体过程为：
S701：将电解液泵送至PDMS盖片（9）内的源极（6）和漏极（8）之间；
S702：使用电化学工作站在源漏极上施加电信号，使电解液发生聚合反应，形成有机半导体膜（44）连接源极（6）和漏极（8）；
S703：将去离子水泵送至PDMS盖片（9）中，将残留的电解液冲洗干净，然后在干燥箱中干燥；
所述电信号类型，具体可以采用方波、三角波和正弦波：
当采用方波交流信号时，电压范围为1.6V 6V，频率为50Hz 2MHz；
~ ~
当采用三角波交流信号时，电压范围为1.6V 10V，频率为200Hz 5MHz；
~ ~
当采用正弦波交流信号时，电压范围为1.6V 8V，频率为50Hz 3MHz；
~ ~
所述步骤S8的具体过程为：
S801：将源极（6）、漏极（8）和栅极（7）的引线分别与半导体分析仪或数字源表相连接；
S802：将电介质溶液泵送至有机半导体膜（44）和栅极（7）上，充分覆盖有机半导体膜（44）和栅极（7）；
S803：进行器件性能的测试；
S804：将去离子水泵送至PDMS盖片（9）中，将残留的电介质溶液冲洗干净，然后在干燥箱中干燥；
所述电介质溶液可以为NaCl、KCl等离子水溶液或1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、四丁基膦四氯铁酸盐、四丁基膦四氟硼酸盐等离子液体。
一种基于PEDOT：PSS电化学晶体管的微流控芯片及其制备
方法
技术领域
发明内容
所述微电极包括源极、栅极、漏极；
所述基底、导线层、绝缘层、电极窗口、微电极共同构成基片，所述基片与PDMS盖片通过机械或者物理化学方法键合在一起；
所述PDMS盖片包括进液口、流体输运通道、微型圆池、出液口，所述进液口位于PDMS盖片一侧，所述出液口位于PDMS盖片的入口相对侧，所述进液口、出液口均通过流体输运通道与微型圆池相连；
所述微电极布置在微型圆池的中央；
所述微电极的源极、漏极与栅极，相互之间呈三角形设置，其中源极、漏极水平放置，栅极竖直放置；所述源极和漏极之间沉积有有机半导体膜。
所述源极、栅极、漏极具体由金属或导电金属氧化物制作；
所述微电极中的源极、栅极、漏极分别充当电化学晶体管的源极、栅极、漏极。
S2：设计制作PCB转接板，用于芯片的固定；
S3：将S1加工的芯片转接到PCB上，通过金丝球焊的方法将源极、漏极和栅极的pad焊盘与PCB板上的小焊盘连接；
S4：利用软光刻技术制备PDMS盖片；
S5：将S3得到的芯片与PDMS盖片键合，实现封装；
S6：在溶剂中加入聚苯乙烯磺酸钠 (PSS)，以及3,4乙烯二氧噻吩 (EDOT)单体，以及掺杂剂充分搅拌混匀得到电解液；
S7：将电解液泵送至PDMS盖片中，使用电化学的方法在源极和漏极之间电化学沉积有机半导体膜，使预制的源极和漏极相互接触；
S8：将电介质溶液泵送至PDMS盖片中，使其充分与有机半导体膜、栅极接触，进行电化学晶体管性能的测试。
S102：沉积绝缘层并刻蚀，形成与源极、漏极、栅极以及pad焊盘位置对应的窗口；
S103：沉积第二层金属层并通过光刻和lift-off工艺，形成源极、漏极和栅极；
S104：源极、漏极和栅极通过电极窗口内的金属与导线层连接，并与pad焊盘相连；
所述pad为矩形或正方形，最小边长大于1mm；微电极的长度与宽度均至少为2μm；
所述基底可以为玻璃、二氧化硅等；
所述微电极优选的金属材料为金、铂、钯等贵金属或金属氧化物。
S202：将若干导线通过焊枪分别固定到大焊盘上；
所述PCB板上设置有多个大焊盘，以及通过印刷电路与大焊盘相连接的多个小焊盘。
S402：将玻片用六甲基二硅烷（HDMS）硅烷化；
S403：使用甩胶机将光刻胶均匀旋涂于玻片上，随后加热若干时间，最后使其恢复至室温；
S404：使用紫外光刻机进行曝光显影，配套显影液，得到光刻阳膜；
S405：将显影后的阳膜清洁干净；
S406：使用三甲基氯硅烷化试剂（TMCS）蒸汽处理阳膜，并用氮气吹干；
S407：浇筑和旋涂PDMS；
S408：除去PDMS中的气泡并使其固化；
S409：将固化的PDMS分离和打孔，得到PDMS盖片。
S502：将对准的PDMS盖片与基片通过封装工艺键合，进行封装；
所述封装工艺可以是热压法、热和光催化粘合剂粘合法、有机溶剂粘合法、自然粘合法、氧等离子氧化封接法、紫外照射法、交联剂调节法或机械加工法。
S602：取定量的聚苯乙烯磺酸钠（NaPSS）以及掺杂剂加入容量瓶中；
S603：向上述溶液中滴加定量EDOT单体，之后定容；不断搅拌至完全溶解，得到所需要的电解液；
所述溶剂可以是水溶液、乙醇、乙腈或碳酸丙烯酯等有机溶液；所述的掺杂剂可以为石墨烯量子点、乙二醇、二甲基亚砜等；所述NaPSS浓度范围为10mmol 0.5mol/L；所述EDOT单~
体浓度范围为10mmol 0.5mol/L。
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S702：使用电化学工作站在源漏极上施加电信号，使电解液发生聚合反应，形成有机半导体膜连接源极和漏极；
S703：将去离子水泵送至PDMS盖片中，将残留的电解液冲洗干净，然后在干燥箱中干燥；
所述电信号类型，具体可以采用方波、三角波和正弦波：
当采用方波交流信号时，电压范围为1.6V 6V，频率为50Hz 2MHz；
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当采用三角波交流信号时，电压范围为1.6V 10V，频率为200Hz 5MHz；
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当采用正弦波交流信号时，电压范围为1.6V 8V，频率为50Hz 3MHz。
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S802：将电介质溶液泵送至有机半导体膜和栅极上，充分覆盖有机半导体膜和栅极；
S803：进行器件性能的测试；
S804：将去离子水泵送至PDMS盖片中，将残留的电介质溶液冲洗干净，然后在干燥箱中干燥；
所述电介质溶液可以为NaCl、KCl等离子水溶液或1-丁基-3-甲基咪唑苯甲酸盐、1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐、四丁基膦四氯铁酸盐、四丁基膦四氟硼酸盐等离子液体。
图2为PDMS盖片制备工艺流程图；
图3为芯片整体结构图；
图4为PDMS盖片结构示意图；
图5为电化学沉积示意图；
图6为电化学晶体管性能测试示意图；
图7为本发明实施例1的测量输出曲线图；
图中：1为基底、2为导线层、3为绝缘层、4为电极窗口、5为微电极、6为源极、7为栅极、8为漏极、9为PDMS盖片、10为进液口、11为流体输运通道、12为微型圆池、13为出液口、44为有机半导体膜、15为pad焊盘、20为基片；
31为注射器、32为微量注射泵、33为电化学工作站、34为显微镜、35为半导体分析仪或数字源表。
具体实施方式
1、如图1（a）所示，选用石英玻璃作为基底，将基底浸泡于铬酸24小时，用去离子水清洗，并烘干备用。在基底上沉积第一层金层并通过光刻和lift-off工艺，形成用于引出源极、漏极和栅极的电气连接线以及pad。更具体地，首先，在玻璃片上匀胶并烘干，使用掩膜版进行光刻显影；然后，溅射厚度为30nm的钛（Ti）作为玻璃片与金属的粘附层，再溅射厚度为200nm的金（Au）；最后，放在装有丙酮的超声槽内2min，完成lift-off，实现导线层的图形化。
2、再滴加0.07g的EDOT单体至容量瓶；
3、加去离子水定容至10ml后40度水浴加热搅拌1小时，至EDOT与PSS完全溶解。
电压设置为-600mV 600mV，步进100mV。测量转移曲线时，源漏电压固定在-600mV，栅极扫描~
电压为-600mV 600mV，步进50mV。测量结果如下图所示。
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