本技術(shù)涉及基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于半導(dǎo)體。

背景技術(shù)：

1、基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(field-effect?transistor,fet)的生物檢測(cè)傳感器具有低成本、迅速反應(yīng)、檢測(cè)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。其原理是：場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電極由源極(source)、漏極(drain)和柵極(gate)三個(gè)電極組成，源極和漏級(jí)之間存在導(dǎo)電溝道材料，流經(jīng)源極和漏級(jí)之間的電流則由加在柵極上的電場(chǎng)所調(diào)控。通過(guò)對(duì)導(dǎo)電溝道材料以特定的受體修飾，進(jìn)行功能化改造，使其具有特異性捕獲目標(biāo)生物分子的功能。石墨烯有著優(yōu)異的二維結(jié)構(gòu)和光電特性，是優(yōu)秀的導(dǎo)電溝道材料。石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管(graphene?field?effecttransistor，簡(jiǎn)稱(chēng)g-fet)具有靈敏度高、易于集成、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。有望實(shí)現(xiàn)低成本、可攜帶、低功耗、免標(biāo)記、高靈敏度的生物標(biāo)記物快速檢測(cè)，適用于基層和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。然而，目前的g-fet生物傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝復(fù)雜，且光刻步驟繁瑣費(fèi)時(shí)，也容易損壞石墨烯的結(jié)構(gòu)。大多數(shù)生物化學(xué)反應(yīng)都是在離子溶液中進(jìn)行，這對(duì)g-fet的封裝要求較高。因此，成本高、工藝復(fù)雜和效率不穩(wěn)定等缺陷嚴(yán)重制約了目前g-fet在生物標(biāo)記物檢測(cè)鄰域的應(yīng)用潛力。隨著微納加工技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建體系簡(jiǎn)單、成本低、制備時(shí)間短、精度高的新型生物傳感器有了新的思路。

2、傳統(tǒng)石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要經(jīng)過(guò)至少兩次光刻處理。層層套刻對(duì)工藝要求高，良率低，成本高，而且容易損壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，使得器件性能下降。此外，大多數(shù)的情況下，檢測(cè)區(qū)域是靜置區(qū)域，不利于反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致反應(yīng)效率低下，而且容易殘留其他液體導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果失真。例如cn114264712a公開(kāi)了一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的mirna檢測(cè)方法及其應(yīng)用。該石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管只能檢測(cè)10pm的生物目標(biāo)物，而且檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜，很難實(shí)用化。

3、現(xiàn)有技術(shù)中還存在基于微流控的石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管。例如cn107051601a公開(kāi)了一種基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)管的核酸檢測(cè)微流控芯片及制備方法。但是該器件仍有許多不足：1、該器件實(shí)際上還是利用了傳統(tǒng)的微納加工工藝，制作電極需要用到光刻技術(shù)，這樣不僅會(huì)增加制備難度和成本，光刻技術(shù)還會(huì)對(duì)石墨烯造成損壞，在石墨烯表面殘留化學(xué)試劑，影響器件性能。2、該器件在結(jié)構(gòu)上未能做到完全封裝，在流道中央還需要打孔用以插入ag/agcl電極絲作為柵極。同時(shí)因?yàn)閜dms微流通道片直接蓋在器件電極上，pdms和金電極的結(jié)合能力差，容易造成金電極損傷，以及襯底和微流通道片結(jié)合不牢固。另外，該器件沒(méi)有夾具固定夾緊，會(huì)導(dǎo)致漏液現(xiàn)象發(fā)生。3、該器件用于檢測(cè)dna時(shí)需要采用au納米顆粒修飾石墨烯，將器件浸泡于化學(xué)試劑中，會(huì)對(duì)器件造成損壞。

4、綜上，目前的基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物傳感器主要存在以下缺點(diǎn)：1、基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物傳感器大多都是在器件溝道表面放置一個(gè)微型反應(yīng)區(qū)域，通過(guò)注射器完成溶液的更換。其主要存在兩個(gè)缺點(diǎn)，第一是靜置溶液不容易和石墨烯進(jìn)行反應(yīng)，生物分子不容易接在石墨烯上；第二是注射器不能完全吸走反應(yīng)腔里的所有溶液，反應(yīng)分子容易殘留，造成濃度偏差，影響測(cè)試結(jié)果。2、基于石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管的生物傳感器一般具有多層結(jié)構(gòu)，其制備過(guò)程需要至少兩次光刻工藝，而光刻工藝不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且層層光刻需要套刻也十分復(fù)雜。每次進(jìn)行生物檢測(cè)需要重新進(jìn)行光刻工藝。

5、因此，研發(fā)出一種新型的用于生物標(biāo)記物檢測(cè)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，仍然是本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本實(shí)用新型的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有模塊化、簡(jiǎn)單化的優(yōu)勢(shì)，能夠用來(lái)識(shí)別生物標(biāo)記物，并且有著優(yōu)良的靈敏度和特異性識(shí)別能力。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括：襯底、半導(dǎo)體材料層和微流控芯片；

3、所述襯底上設(shè)置有所述半導(dǎo)體材料層；所述微流控芯片覆蓋在所述半導(dǎo)體材料層上；

4、所述微流控芯片上設(shè)置有一中央流道和若干對(duì)電極通道；

5、每對(duì)電極通道包括第一電極通道和第二電極通道，所述第一電極通道和所述第二電極通道分別設(shè)置在所述中央流道的兩側(cè)；所述第一電極通道和所述第二電極通道的端部各自分別設(shè)置有電線(xiàn)插口；所述第一電極通道和所述第二電極通道內(nèi)均設(shè)置有低熔點(diǎn)金屬層，以形成源極和漏極；

6、所述電極通道與所述半導(dǎo)體材料層接觸，所述半導(dǎo)體材料層被所述電極通道覆蓋的部分設(shè)置有低熔點(diǎn)金屬層；

7、所述中央流道的一端為進(jìn)液口、另一端為出液口；所述中央流道的進(jìn)液口內(nèi)插接有金屬電極，所述金屬電極作為柵極的導(dǎo)電電極；

8、所述中央流道與所述半導(dǎo)體材料層接觸。

9、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述襯底包括具有絕緣層的硅片。

10、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體材料層是由半導(dǎo)體材料形成的層。所述半導(dǎo)體材料可以包括石墨烯、黑磷、碳納米管、二硫化鉬或有機(jī)半導(dǎo)體材料等。更優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體材料為石墨烯。

11、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述微流控芯片的材料包括聚二甲基硅氧烷(pdms)。

12、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述第一電極通道和所述第二電極通道以所述中央流道為對(duì)稱(chēng)軸呈對(duì)稱(chēng)分布。

13、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述第一電極通道和所述第二電極通道的端部各自分別進(jìn)一步設(shè)置有低熔點(diǎn)金屬入口。

14、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述低熔點(diǎn)金屬層是由低熔點(diǎn)金屬形成的層。更優(yōu)選地，所述低熔點(diǎn)金屬為錫銦合金。

15、根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，上述基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括：若干電線(xiàn)，所述電線(xiàn)的一端分別設(shè)置于所述第一電極通道和所述第二電極通道的電線(xiàn)插口內(nèi)，并且至少部分位于所述低熔點(diǎn)金屬層之中。

16、在上述的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體材料層與所述中央流道接觸的區(qū)域覆蓋有離子液體，且所述離子液體與所述金屬電極接觸；所述金屬電極和所述離子液體形成離子液體柵極。

17、根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，優(yōu)選地，上述基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括：夾具，所述夾具用于固定并夾緊所述襯底和所述微流控芯片。

18、本實(shí)用新型提供了一種基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。該基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)具有模塊化、簡(jiǎn)單化的優(yōu)勢(shì)，減少了成本。并且，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種完整封裝的器件，能夠隔絕器件和外界的水氧環(huán)境，同時(shí)有效隔離了離子液體柵極和源極漏極。此外，該基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管減少了對(duì)半導(dǎo)體材料層的損傷。因此，該基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電學(xué)性能優(yōu)異，穩(wěn)定性高，避免了使用條件對(duì)其的影響；同時(shí)該基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管兼具微流控芯片的特點(diǎn)，使得溶液能以流動(dòng)的狀態(tài)修飾半導(dǎo)體材料層，同時(shí)具有可清洗的功能，還能夠定量控制包含生物標(biāo)記物的離子液體。該基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以基于不同的傳感機(jī)理，檢測(cè)不同的生物標(biāo)記物，具有優(yōu)異的靈敏度和特異性識(shí)別能力。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案至少具有以下有益效果：

20、(1)本實(shí)用新型的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管成功地將電極、微流通道和測(cè)試電線(xiàn)集成在一個(gè)器件中，得到了生物傳感測(cè)試一體化平臺(tái)。(2)本實(shí)用新型的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的密閉性良好，微流控芯片技術(shù)的特性明顯，在使用過(guò)程中，能夠隔絕外界的水氧環(huán)境，且能夠定量控制包含生物標(biāo)記物的離子液體。(3)本實(shí)用新型能夠有效保護(hù)半導(dǎo)體材料層，減少了化學(xué)試劑和光刻技術(shù)對(duì)半導(dǎo)體材料層的損傷，使得本實(shí)用新型的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有更優(yōu)異的電學(xué)性能和穩(wěn)定性。(4)利用本實(shí)用新型的基于微流控芯片的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，可實(shí)現(xiàn)高靈敏度的生物標(biāo)記物的識(shí)別，成功區(qū)分出了10fm的互補(bǔ)鏈和只有1個(gè)堿基突變的非互補(bǔ)鏈；同時(shí)，還具有檢測(cè)時(shí)間較短、方便快速等優(yōu)勢(shì)。