基于斜向等密度排布光电晶体管的光镊装置及微流体设备的制作方法

1.本发明涉及用于基于光电晶体管的光镊装置，具体涉及在斜向上等密度排布的光电晶体管、包括该光电晶体管的光镊装置以及包含该光镊装置的微流体设备。


背景技术：

2.基于晶体管的光镊技术已被应用于操纵（例如选择或移动）微物体，如细胞、微球等。这种类型的光镊装置包括光电晶体管阵列，其通常包括阵列式分布且相互之间物理隔离的光电晶体管。典型的光电晶体管阵列呈规则的矩形（通常为正方形）阵列，通过半导体技术刻蚀于硅基衬底上，这些矩形光电晶体管规则排列并且精确对齐。例如，参见cn 107223074 b和cn 105849561 b。
3.参考图1a，其展示了现有技术的光镊装置136，其包括由镀有氧化铟锡（ito）导电镀层114的玻璃128构成的第一电极124和与第一电极124电连接的第二电极116，两个电极之间施加交流电ac。在第二电极116之上设置有阵列式晶体管结构，其与第二电极116电连接。在晶体管阵列的上表面和第一电极124的导电镀层114的下表面之间设置有微流体通道122。微流体通道122一般由多个串联或并联的微流道构成，每个微流道包含多个可寻址的微孔，细胞或其他微物体可位于微孔中。微流体通道122包含流体出入口（未示出），以与外界流体连通，包含细胞118（图示为细胞118a、118b和118c，例如可分泌抗体的杂交瘤细胞）的微流体（如细胞培养液或生理流体）经由入口流入微流道122，沿箭头a所示方向流经微流道122经受处理和操作（包括光电检测、培养、筛选、移动等），最后从出口流出，实现微流控芯片的操作程序。当图案化光束152照射在晶体管阵列的特定区域时，相应晶体管被导通，从而在微流体通道122中的相应位置产生电场154，该电场对周围的细胞118a产生了介电泳力，从而推动或吸引细胞118移动。
4.光电晶体管阵列包括呈阵列式排布的多个晶体管126，各个晶体管126之间通过绝缘覆盖层112、113（图1b）和绝缘阻挡件148（例如均由sio2材料制成）物理地隔开，从而实现电绝缘。每个晶体管126以正方体或长方体形式等距离间隔分布。晶体管126包括衬底层110、设置在衬底层上的集电区108、设置在集电区108上的基区106和设置在基区106上的发射区102和104。
5.参见图1b，其展示了图1a所示光镊装置136的局部俯视图（为清楚起见省略了第一电极124）。光电晶体管以矩形规则排列并且在横向和纵向均精确对齐。当要将感兴趣的细胞118由s点沿箭头b向预期终点e2移动时，通常可在细胞118的周围激发多个晶体管，这可通过控制相应形状的光束照射在晶体管上来实现。然而，如图所示，在这样排布的晶体管阵列中，横向相邻晶体管之间的间距c1a-c1c明显小于斜向相邻晶体管之间的间距c1a-c1b，即，横向晶体管（同理，纵向晶体管）的排布密度大于斜向晶体管的排布密度。并且，当激发光束跨越的晶体管数量越多时，这种排列密度的差值所导致的影响越大。这导致的直接后果是，在图案化的激发光束的横向长度与斜向长度相同时，其所激发的平均横向晶体管数量大于平均斜向晶体管数量，因而横向光生电流强度大于斜向光生电流强度，亦即，横向的
dep力大于斜向dep力，导致细胞118实际移动终点e1在纵向上偏离于预期终点e2。理论上，通过调整图案化的光束的横向长度和斜向长度可以抵消一部分偏差，但横向或斜向上的晶体管并非在每种情况下都可用（例如被细胞覆盖）；此外，不同装置之间晶体管的间隔总是变化，导致光束的横向长度和斜向长度的调整幅度也需要相应变化，这无疑显著增加了实际操作的难度，导致其在商业上不可行。
6.有鉴于此，本领域需要一种改进的光镊装置及相应的微流体设备以克服现有技术中存在的上述缺陷。


技术实现要素：

7.本发明的一个方面提供一种晶体管光镊，包括：第一电极；能够与第一电极电连接的第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的光电晶体管阵列，所述光电晶体管阵列包括复数个双极型光电晶体管，每个光电晶体管之间通过绝缘元件物理地隔离；以及设置在第一电极和光电晶体管阵列之间的微流体通道，所述微流体通道包括复数个微孔，其中所述复数个光电晶体管规律性排列并且在横向上以第一间距排列，在纵向上以第二间距排列，其中，位于相邻纵向上的相邻晶体管在横向上相互错开并且所述相邻晶体管的中心点的连线所在的方向构成斜向，所述斜向上的晶体管以第三间距排列，其中所述第三间距与第一间距或第二间距实质性相等。
8.在一些实施方式中，所述第一间距与所述第二间距的尺寸不同。在一些实施方式中，所述第一间距小于所述第二间距。在一些实施方式中，所述第一间距大于所述第二间距。
9.在一些实施方式中，所述复数个光电晶体管以规则或非规则形状的重复单元规律性排列。在优选的实施方式中，所述复数个光电晶体管以圆形或六边形为重复单元规律性排列。
10.在一些实施方式中，所述复数个光电晶体管以六边形为重复单元规律性排列，并且所述六边形由六棱柱式的光电晶体管的横截面构成。
11.在一些实施方式中，所述复数个光电晶体管以六边形为重复单元规律性排列，并且所述六边形由六个三角形组合而成，所述六个三角形由六个相互物理隔离的三棱柱式光电晶体管的横截面构成。在一些实施方式中，所述三角形排布成使得六边形的一个边呈横向设置。
12.在一些实施方式中，所述复数个光电晶体管以圆形为重复单元规律性排列，每个圆形由圆柱式光电晶体管的横截面构成。
13.在一些实施方式中，所述复数个光电晶体管集成于共同的半导体衬底上，并且每个光电晶体管包括基区、发射区和集电区。
14.在一些实施方式中，所述微流体通道包含具有细胞的导电介质，所述复数个光电晶体管中的至少两个被激发以操纵所述细胞。
15.在一些实施方式中，在本发明的晶体管光镊中，单位长度的横向和斜向光图案分别在横向和斜向上产生实质性相同强度的光生电流。在一些实施方式中，单位长度的纵向和斜向光图案分别在纵向和斜向上产生实质性相同强度的光生电流。
16.在一些实施方式中，所述光电晶体管阵列表面不设置金属电极。
17.本发明的另一个方面提供一种微流体装置，其包括本发明所述的任一晶体管光镊、控制系统、图像采集系统以及光图案生成装置。
18.在一些实施方式中，所述光图案生成装置产生的光图案覆盖至少两个相邻的光电晶体管。
19.在一些实施方式中，所述光图案生成装置产生的光图案包括斜向长度。在一些实施方式中，所述光图案生成装置产生的光图案还包括横向长度或纵向长度。在一些实施方式中，所述斜向长度与所述横向长度或纵向长度实质性相等。
20.在一些实施方式中，所述微流体设备不包括电润湿装置。
21.本发明提供的晶体管光镊，其晶体管阵列在横向或纵向部分与斜向部分具有基本相等的排列密度，例如在横向与斜向上的单位长度所覆盖的晶体管个数基本相等，或者在横向与斜向上的单位长度所覆盖的晶体管的面积基本相等，或者在纵向与斜向上的单位长度所覆盖的晶体管个数基本相等，或者在纵向与斜向上的单位长度所覆盖的晶体管的面积基本相等。当使用相同长度的横向/纵向与斜向光束激发晶体管时，各向所覆盖的晶体管个数或面积相等，因而在各向产生相等的光生电流，导致产生均衡的dep力，使得细胞等微物体的操作如所预期地进行。当使用具有不同长度的横向/纵向部分和斜向部分时，鉴于单位长度所覆盖的晶体管个数或面积是相等的，因此横向/纵向部分和斜向部分各自所覆盖的晶体管个数或面积可以预先计算得知，因而其产生的dep力也可预先确定，细胞等微物体可被移动的路径也因此可以预期，使得微物体的操纵更加便利和准确。
附图说明
22.本发明将参考附图进行更详细的描述。需要注意的是，图示的方案仅作为本发明实施方式的代表性示例，并且为更清楚地阐释示例性实施方式的细节，附图中的元件并非按实际尺寸等比例绘制，实际元件的数量可以变化，实际元件的相对位置关系与图示基本保持一致，并且某些元件并未示出。在存在多个实施例的情况下，当在之前实施例中已描述的一个或多个特征也可以适用于另一个实施例时，为简要起见，在后的一个或多个实施例不再赘述这些可重复适用的特征，该在后的一个或多个实施例应被理解为已描述了这些可重复适用的特征，除非另有说明。本领域技术人员在阅读本发明后将意识到，在一个图中显示的一个或多个特征可以与在另一个图中的一个或多个特征组合，以构建出一个或多个未在附图中具体示出的替代性实施方式，这些替代性实施方式也构成本发明的一部分。
23.图1示意性显示现有技术的光镊装置，其中图1a为局部剖视图，图1b为局部俯视图。
24.图2示意性显示根据本发明的一个实施方式的光镊装置的局部俯视图。
25.图3示意性显示根据本发明的另一个实施方式的光镊装置的局部俯视图。
26.图4示意性显示根据本发明的又一个实施方式的光镊装置的局部俯视图。
27.图5示意性显示根据本发明的再一个实施方式的光镊装置的局部俯视图。
28.图6是在本发明的实施方式的光镊装置中使用的光电晶体管的结构示意图，其中图6a为图2或图3所示的光镊装置中使用的光电晶体管的结构示意图，图6b和图6c为图5所示的光镊装置中使用的光电晶体管的不同侧面的结构示意图。
29.图7示意性显示根据本发明的一个实施方式的光镊装置的晶体管阵列的制造流程
图。
30.附图标记代表的含义归纳如下。相同数字的附图标记代表相同的元件，当适用时，在数字后以字母表示相同原件的重复设置。例如，附图标记118a、118b和118c代表元件118的三个重复。102、202、502
ꢀ‑ꢀ
第一掺杂区；104 、204、504
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第二掺杂区；105、205、505
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发射区；106、206、506
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基区；108、208、508
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集电区；110、210、510
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衬底；112、212、312
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绝缘覆盖层；114
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导电镀层；116
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第二电极；118
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细胞；120
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第一绝缘元件；122
ꢀ‑ꢀ
微流体通道；124
ꢀ‑ꢀ
第一电极；126、226、326、426、526
ꢀ‑ꢀ
光电晶体管；128
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第一电极板；136、236、336、436、536
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光镊装置；140
ꢀ‑ꢀ
第二绝缘元件；152
ꢀ‑ꢀ
图案化光束；154
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非均匀电场；256
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横向；258
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纵向；d
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间距；p、q、t、v
ꢀ‑ꢀ
图案化光束的起点和终点。
具体实施方式
31.以下结合附图详细描述本发明的示例性实施方式。需要理解的是，本发明的范围不限于所公开的实施方式，本领域技术人员在阅读本发明公开的内容后，基于本发明的启示，可对这些示例性实施方式进行修改和变化，而无需付出创造性劳动，这些修改与变化意在被包含在所附权利要求书概括的范围内。
32.图2示意性示出了根据本发明的一个实施方式的光镊装置236的局部俯视图。该光镊装置236的晶体管阵列包括规律性排列的双极型光电晶体管226，光电晶体管226之间通过绝缘材料212（例如sio2）物理地隔离。图中晶体管226可见其发射区202。发射区202暴露于微流体通道，与微流体通道中的导电介质（如细胞培养液、生理液体、检测介质）及其包含的微物体（如细胞或荧光微球）直接接触。通常，微物体的尺寸覆盖至少两个相邻的光电晶体管226，并预期被移动跨越至少一个光电晶体管226。
33.在该实施例中，光电晶体管226的横截面形状为正六边形。晶体管226在横向256上以第一间距d1排列，在纵向258上以第二间距d2排列。第一间距d1表示同一横向上相邻晶体管226的中心点间距，第二间距d2表示同一纵向上相邻晶体管226的中心点间距。在该实施例中，第一间距d1小于第二间距d2。位于相邻纵向258a、258b上的相邻晶体管226a与226c（或226b与226d，或226b与226c，或226e与226d）在横向256上相互错开，亦即，相邻晶体管226a与226c的中心点的连线所在方向与横向256不平行或相交。在该实施例中，晶体管226a、226b、226c、226d和226e分别具有中心点c2a、c2b、c2c、c2d和c2e，图中均以实心圆点表示，中心点到六边形的各边的距离相等。
34.在该实施例中，相邻晶体管226a与226c（或226b与226d，或226b与226c，或226e与226d）的中心点的连线c2a-c2c、c2b-c2c、c2b-c2d或c2d-c2e所在的方向定义为斜向，其中c2a-c2c与c2b-c2d的方向平行，c2b-c2c与c2d-c2e的方向平行。斜向上的晶体管以第三间距d3排列。在该实施例中，第三间距d3与第二间距d2相等。
35.当要驱动细胞218a朝着微孔（通常位于图示的纵向258方向）移动时，图案化的光束p1-p2-p3被投射到晶体管阵列的相应区域，从而激发相应晶体管，在细胞218a周围产生dep力，控制光束p1-p2-p3的移动，即可操纵细胞218a。例如，光束p1-p2-p3可投射至晶体管226的中心或覆盖整个晶体管226。光束p1-p2-p3可具有相等的斜向部分p1-p3和纵向部分p1-p2。在该实施例中，由于纵向间距d2与斜向间距d3相等，光束的斜向部分p1-p3所覆盖的晶体管的个数（或面积）与纵向部分p1-p2所覆盖的晶体管的个数（或面积）相等，例如均覆
盖相邻的两个晶体管226。因此，光束所产生的纵向dep力和斜向dep力相等，从而更容易地以更均衡的力驱动细胞218a如所预期的一样移动至以虚线显示的细胞218a处，避免了预期终点与实际终点的偏差。
36.在该实施例中，通过合理地选择晶体管的排布方式和形状，晶体管阵列在斜向部分与纵向部分具有基本相等的排列密度（例如单位长度所覆盖的晶体管个数基本相等，或者单位长度所覆盖的晶体管的面积基本相等）。值得注意的是，该实施例并不依赖于光束p1-p2-p3具有相等的斜向部分p1-p3和纵向部分p1-p2。例如，斜向部分的长度可以大于纵向部分的长度，或者，斜向部分的长度可以小于纵向部分的长度。当使用具有不同长度的纵向部分和斜向部分时，鉴于单位长度所覆盖的晶体管个数或面积是相等的，因此纵向部分和斜向部分各自所覆盖的晶体管个数或面积可以预先计算得知，因而其产生的dep力也可预先确定，细胞可被移动的路径也因此可以预期。
37.例如，图示的光束p3-p4-p5可被用来控制细胞218b的移动。光束p3-p4-p5具有斜向部分p3-p4和纵向部分p3-p5，其中斜向部分p3-p4的长度大于纵向部分p3-p5的长度。如图所示，斜向部分p3-p4覆盖位于三个相邻纵向258上的三个相邻晶体管，而纵向部分p3-p5覆在同一纵向258上的两个相邻晶体管，因而斜向部分p3-p4具有比纵向部分p3-p5更大的dep力，驱动细胞218b朝着虚线表示的细胞218b处移动，该虚线表示的位置相比于由具有相等纵向部分和斜向部分的光束所驱动的终点位置而言偏向图示的左侧。
38.此外，控制细胞218移动的光束并不必然具有纵向部分，例如该光束可仅具有斜向部分，如图中光束p6-p7-p8所示。光束p6-p7-p8具有第一斜向部分p6-p7和第二斜向部分p6-p8，并且第一斜向部分p6-p7和第二斜向部分p6-p8具有基本相等的长度，因而两者产生基本均衡的dep力。
39.在该实施例中，光束的开口方向（例如∠p3-p1-p2、∠p7-p6-p8等表示的开口方向）不受限制，并且可以根据实际需要自由调整。而且，光束的斜向与纵向之间的夹角或斜向部分之间的夹角（当仅有斜向部分时）可以变化，例如在0至180
°
之间变化。光束的纵向部分或斜向部分不必然经过一个或多个晶体管的中心点。此外，在该实施例中，光束虽然可具备横向部分，但优选使用纵向部分、斜向部分或其组合来控制微物体的移动。
40.需要注意的是，本发明中的术语“横向”、“纵向”和“斜向”仅在其相对意义上使用，其中“横向”与“纵向”垂直，“斜向”与“横向”和“纵向”相交。当一个方向被描述为“横向”（或“纵向”）时，与其垂直的方向被描述为“纵向”（或“横向”），其中一些与其相交的方向被描述为“斜向”。
41.此外，在该实施例中，第三间距d3与第二间距d2相等应当被理解为两者实质性相等，而不必然要求两者严格相等。例如，第三间距d3可稍大于第二间距d2，或者第三间距d3可稍小于第二间距d2，但两者差别足够小而使得在第三间距d3所在方向和第二间距d2所在方向的相等的光束长度在各自方向上的不超过约10至约50个（或约10至约40个，或约10至约30个，或约10 至约20个，或约10至约15个，或约10个）连续晶体管的范围内能够覆盖的晶体管的个数是一致的。因此，在通常光束长度的尺度下，这种差别并不影响光束在这两个方向上所能覆盖的晶体管的个数或面积，从而不影响两个方向所产生的dep力大小。
42.图6a显示了构成图2所示实施例的晶体管阵列的一个基本单位的晶体管226的结构示意图。该晶体管226为单个六棱柱晶体管，其横截面为六边形。在该晶体管阵列的每个
光电晶体管226通过半导体材料刻蚀一起形成，相互之间通过绝缘材料212物理隔离。为清楚起见，图中省略了在各个方向上隔离晶体管的绝缘材料212。晶体管226包括衬底层210、设置在衬底层上的集电区208、设置在集电区208上的基区206和设置在基区206上的发射区205。衬底层210位于晶体管226的底部。衬底层210在该实施例中包含n型掺杂剂。衬底层210可以是重掺杂区。例如，衬底层210的掺杂浓度为约10
18 cm-3
至约10
21 cm-3
。衬底层210的厚度可以是本领域通常认可的合适厚度。例如，衬底层210的厚度通常大于50微米，例如为约50至约500微米。衬底层210可具有约0.001至约0.05 欧姆
·
厘米的电阻率。
43.集电区208设置在衬底层210上并与其直接接触。集电区208可具有n型掺杂。相对于衬底层210，集电区208可以是轻掺杂区。例如，集电区208的掺杂浓度为约10
15 cm-3
至约10
18 cm-3
。集电区208的厚度可以是约100 nm至约15,000nm，例如为约500 nm至约3,000 nm。
44.基区206设置在集电区208与衬底层210相对的一侧，在该实施例中，基区206包含p型掺杂剂。合适的掺杂浓度可以为约10
16 cm-3
至约10
18 cm-3
。基区206具有合适的厚度，例如为约100 nm至约3,000 nm。
45.发射区205设置于基区206与集电区208相对的一侧。发射区205的上表面构成晶体管226的上表面并暴露于微流体通道。在该实施例中，发射区205包括第一掺杂区202和第二掺杂区204，其中第二掺杂区204与基区206邻接，第一掺杂区202设置在第二掺杂区204之上，第一掺杂区202的至少一部分直接暴露于微流体通道，而不被覆盖例如任何金属层、介电层、绝缘层或金属电极。绝缘覆盖层212至少部分地覆盖第一掺杂区202。第一掺杂区202和第二掺杂区204具有相同的掺杂类型，并且第一掺杂区202具有比第二掺杂区204更大的掺杂浓度。例如，第一掺杂区202和第二掺杂区204均包含n型掺杂剂，第一掺杂区202是重掺杂区n+，而第二掺杂区204是轻掺杂区n-。当第一掺杂区202和第二掺杂区204均包含p型掺杂剂时，第一掺杂区202是重掺杂区p+，而第二掺杂区204是轻掺杂区p-。第一掺杂区202的掺杂浓度可以是第二掺杂区204的掺杂浓度的约10至约106倍。例如，第一掺杂区202的掺杂浓度可以是第二掺杂区204的掺杂浓度的约102至约105倍，或约103倍。例如，第一掺杂区202的掺杂浓度可为约10
18 cm-3
至约10
21 cm-3
，第二掺杂区204的掺杂浓度可为约10
15 cm-3
至约10
18 cm-3
。
46.需要注意的是，除非另有说明，否则术语“重掺杂区”和“轻掺杂区”及其相应的符号在本发明中仅在其相对意义上使用，即当一个掺杂区的掺杂浓度高于另一个掺杂区时，较高掺杂浓度区域称为重掺杂区，而较低掺杂浓度区域称为轻掺杂区，而与其实际掺杂浓度的绝对值没有必然联系。n型掺杂剂可以是电子的任何来源。合适的n或n+掺杂剂的例子包括磷、砷、锑等。p型掺杂剂可以是空穴的任何来源。合适的p或p+掺杂剂的例子包括硼、铝、铍、锌、镉、铟等。
47.图3显示了根据本发明的另一个实施方式的光镊装置336的晶体管阵列的局部俯视图。该光镊装置336的晶体管阵列包括规律性排列的光电晶体管326，光电晶体管326之间通过绝缘材料312（例如sio2）物理地隔离。与图2所示的光电晶体管226相同，光电晶体管326的横截面形状也为正六边形。晶体管326在横向356上以第一间距d1排列，在纵向358上以第二间距d2排列，在斜向上以第三间距d3排列。在该实施例中，第一间距d1大于第二间距d2，并且第三间距d3与第一间距d1相等。在该实施例中，第一间距d1、第二间距d2、第三间距
d3、横向、纵向、斜向具有与图2所示实施例中相同的定义。类似地，在该实施例中，第三间距d3与第一间距d1相等应当被理解为两者实质性相等，而不必然要求两者严格相等。
48.当要驱动细胞朝着微孔（通常位于图示的纵向358方向）移动时，图案化的光束被投射到晶体管阵列的相应区域，从而激发相应晶体管，在细胞周围产生dep力，控制光束的移动，即可操纵细胞。例如，光束q1-q2-q3可具有相等的斜向部分q1-q3和横向部分q1-q2。由于横向间距d1与斜向间距d3相等，光束的斜向部分q1-q3所覆盖的晶体管的个数（或面积）与横向部分q1-q2所覆盖的晶体管的个数（或面积）相等，例如均覆盖相邻的两个晶体管326。因此，光束所产生的横向dep力和斜向dep力相等，从而更容易地以更均衡的力驱动细胞如所预期的一样移动，避免了预期终点与实际终点的偏差。
49.类似地，晶体管阵列在横向部分与斜向部分具有基本相等的排列密度（例如单位长度所覆盖的晶体管个数基本相等，或者单位长度所覆盖的晶体管的面积基本相等）。但是，该实施例并不依赖于光束q1-q2-q3具有相等的斜向部分q1-q3和横向部分q1-q2。当使用具有不同长度的横向部分和斜向部分时，鉴于单位长度所覆盖的晶体管个数或面积是相等的，因此纵向部分和斜向部分各自所覆盖的晶体管个数或面积可以预先计算得知，因而其产生的dep力也可预先确定，细胞可被移动的路径也因此可以预期。
50.此外，控制细胞移动的光束并不必然具有横向部分，例如该光束可仅具有斜向部分，如图中光束q1-q3-q4所示。光束q1-q3-q4具有第一斜向部分q1-q3和第二斜向部分q3-q4，并且第一斜向部分q1-q3和第二斜向部分q3-q4具有基本相等的长度，因而两者产生基本均衡的dep力。
51.可选地，光束也可以具有一个横向部分和多个斜向部分，如光束q5-q2-q1-q3所示。该光束具有第一斜向部分q1-q3和第二斜向部分q2-q5以及横向部分q1-q2，它们具有相等的长度。可见，该光束在第一斜向部分、第二斜向部分以及横向部分产生相等的dep力。
52.如前所述，光束的开口方向不受限制，并且可以根据实际需要自由调整。而且，光束的斜向与横向之间的夹角或的斜向部分之间的夹角（当仅有斜向部分时）可以变化，例如在0至180
°
之间变化。光束的横向部分或斜向部分不必然经过一个或多个晶体管的中心点。此外，在该实施例中，光束虽然可具备纵向部分，但优选使用横向部分、斜向部分或其组合来控制微物体的移动。
53.图4显示了根据本发明的另一个实施方式的光镊装置436的晶体管阵列的局部俯视图。该实施例的晶体管阵列具有与图3所示实施例类似的晶体管排布，但该实施例中光电晶体管426的横截面为圆形，因而光电晶体管426为圆柱体。类似地，光电晶体管426之间通过绝缘材料物理地隔离。晶体管426在横向456上以第一间距d1排列，在纵向458上以第二间距d2排列，在斜向上以第三间距d3排列。在该实施例中，第一间距d1大于第二间距d2，并且第三间距d3与第一间距d1相等。在该实施例中，第一间距d1、第二间距d2、第三间距d3、横向、纵向、斜向具有与图2所示实施例中相同的定义。类似地，在该实施例中，第三间距d3与第一间距d1相等应当被理解为两者实质性相等，而不必然要求两者严格相等。
54.当要驱动细胞朝着微孔（通常位于图示的纵向458方向）移动时，图案化的光束被投射到晶体管阵列的相应区域，从而激发相应晶体管，在细胞周围产生dep力，控制光束的移动，即可操纵细胞。例如，光束t1-t2-t3可具有相等的斜向部分t1-t3和横向部分t1-t2。由于横向间距d1与斜向间距d3相等，光束的斜向部分t1-t3所覆盖的晶体管的个数（或面
积）与横向部分t1-t2所覆盖的晶体管的个数（或面积）相等，例如均覆盖相邻的两个晶体管426。因此，光束所产生的横向dep力和斜向dep力相等，从而更容易地以更均衡的力驱动细胞如所预期的一样移动，避免了预期终点与实际终点的偏差。
55.类似地，光束也可以是t2-t3-t5或t6-t7-t8，其具有类似于图2所示光束的变化方式和性质，不再赘述。
56.图5展示了根据本发明的另一个实施方式的光镊装置536的晶体管阵列的局部俯视图。在该实施例中，构成晶体管阵列的最小单元是横截面为三角形的晶体管526，六个晶体管526构成一个正六边形560。以该正六边形560为重复单位延展获得该实施例的晶体管阵列。在该实施例中，正六边形560可以以图2或图3所示的方式排布，从而使得在横向间距或纵向间距与斜向间距相等。该六边形560的尺寸可以是图2或图3所示的正六边形尺寸的3至10倍，例如6倍，因而三角形晶体管526的尺寸可以和晶体管226或326相当。
57.在该实施例中，在正六边形560中，六个三角形晶体管526相互物理隔离，并且排布成使得六边形560的一个边呈横向556设置（因而其相对的另一个边也呈横向设置）。构成六边形560的三角形晶体管526可具有相同的尺寸，例如每个晶体管526的横截面均为等边三角形或等腰三角形。在其他实施例中，三角形晶体管526的数量和形状可以变化，只要维持整体六边形的形状即可。
58.在该实施例中，六个三角形晶体管526可以两组不同朝向的晶体管构成，例如晶体管526a、526c和526e构成第一组晶体管，而晶体管526b、526d和526f构成第二组晶体管，两组晶体管具有相对的朝向。这种定位方式可使得在六边形560内部，横向的三个晶体管526b、526c和526d之间的间距与斜向的三个晶体管526d、526e和526f之间的间距相等。因此，当光束v1-v2-v3激活六边形560内的部分晶体管时，在斜向部分v1-v2和横向部分v1-v3可产生相等的光生电流，因两者覆盖的晶体管的数量相同。因此，在六边形560中，每个三角形晶体管526可被独立的激活，因而图案化的光束不必然以六边形560为单位激活晶体管。
59.此外，在导体的带电量及其周围环境相同情况下，导体尖端越尖，曲率越大，面电荷密度越高，因而其附近场强越强，尖端效应越明显。在同一导体上，与曲率小的部位（如平滑表面）相比，曲率大的部位（例如边、棱、角）就是尖端。三角形的光电晶体管的三边夹角较矩形、六边形或圆形等光电晶体管而言更小（例如约为60度），因而被认为在晶体管的角处产生大于中心处的电场场强变化速度，可以产生更大的dep力，更有利于对微物体的操纵。
60.图6b和图6c分别显示了构成六边形560的三角形晶体管526的不同侧面的结构示意图。如图所示，该晶体管526在三维结构上呈三棱柱，包括衬底层510、设置在衬底层上的集电区508、设置在集电区508上的基区506和设置在基区506上的发射区505。发射区505包括第一掺杂区502和第二掺杂区504，其中第二掺杂区504与基区506邻接，第一掺杂区502设置在第二掺杂区504之上，第一掺杂区502的至少一部分直接暴露于微流体通道，而不被覆盖例如任何金属层、介电层、绝缘层或金属电极。
61.衬底510、集电区508、基区506、发射区505、第一掺杂区502和第二掺杂区504的掺杂类型、掺杂浓度、厚度、电导率等参数与图6a所示的晶体管226的相应参数基本类似，不再赘述。
62.本发明的另一个方面提供一种微流体设备，其包括本发明以上各个实施例中所描述的任一晶体管光镊装置，用于采集微流体通道中图像的图像采集系统，用于生成光图案
的光图案生成装置，以及用于控制微流体设备的工作流程的控制系统。
63.根据一个实施例，光图案生成装置产生的光图案覆盖至少两个相邻的光电晶体管，以同时激活该相邻的晶体管。光图案的形状可根据需要确定，并且通常包括斜向长度。例如，光图案可包括斜向长度和横向长度，或包括斜向长度和纵向长度，或包括第一斜向长度和第二斜向长度，或它们的组合。
64.在一个实施例中，斜向长度与横向长度或纵向长度实质性相等，从而产生在斜向上和在横向或纵向上实质性相等强度的光生电流，从而产生实质性相等的dep力。
65.在一个实施例中，该微流体设备不包括电润湿装置，该微流体设备因而不用于液滴的操纵。因此，在晶体管阵列上不包括金属层、金属电极、介电层或绝缘层，晶体管阵列的发射区直接暴露于微流体通道，并与微流体通道中的介质及其所包含的微物体（例如细胞）直接接触。
66.本发明提供的晶体管、光镊装置及微流体设备可通过本领域的常规技术制备。本领域技术人员基于现有半导体制造工艺的水平，结合说明书的图示和描述，能够制造出本发明的晶体管而不需要特别说明。仅作为示例，图7示意性显示了制造本发明的光电晶体管的方法700。
67.方法700包括步骤702，其提供包括掺杂衬底层和位于其上的未掺杂层的半导体基材（例如硅），掺杂衬底层用于形成本发明实施例中的衬底层，未掺杂层用于形成本发明实施例中的集电区、基区和发射区。
68.在步骤704中，在未掺杂层形成紧邻掺杂衬底层的集电极掺杂层，集电极掺杂层形成本发明实施例中的集电区，集电极掺杂层与掺杂衬底层可具有相同的掺杂类型（例如均为 n型掺杂），但可具有不同的掺杂浓度。例如集电极掺杂层是轻掺杂层，掺杂衬底层是重掺杂层。在步骤704后获得的半导体材料包含掺杂衬底层和集电极掺杂层。各层的形状（例如三角形、圆形或六边形）可在集成电路版图设计时预先确定。
69.步骤706在获得的半导体材料中形成沟槽并在沟槽中填充电绝缘材料（例如sio2）。沟槽贯穿集电极掺杂层并延伸至掺杂衬底层之中，从而形成本发明实施例中的绝缘阻挡件。
70.进一步地，在步骤708中，通过离子注入在集电极掺杂层中形成基极掺杂层，基极掺杂层具有与集电极掺杂层以及掺杂衬底层不同的掺杂类型（例如p型掺杂）。通过控制离子注入的时间、速度和注入量等参数，可以控制形成的基极掺杂层以及集电极掺杂层的厚度，以符合对两者掺杂浓度和厚度的要求。
71.在步骤710中，通过离子注入在基极掺杂层中形成发射极掺杂层，发射极掺杂层具有与基极掺杂层不同的掺杂类型（例如n型掺杂）。发射极掺杂层可通过独立的离子注入步骤以形成具有不同掺杂浓度的第一掺杂层和第二掺杂层，例如第一掺杂层的掺杂浓度高于第二掺杂层的密度，以形成本发明实施例中的发射区的第一掺杂区和第二掺杂区。类似地，通过控制离子注入的时间、速度和注入量等参数，可以控制形成的第一掺杂层、第二掺杂层、基极掺杂层的厚度，以符合本发明对于各层掺杂浓度和厚度的要求。
72.本领域技术人员可以预见，在本发明的晶体管阵列中，晶体管的横截面形状不限于所列举的圆形、三角形或六边形，在阅读本发明的公开内容后，可以选择其他形状（例如椭圆形、五边形、八边形、矩形或它们与圆形、三角形或六边形的组合）来实现斜向与纵向/
横向的等比例晶体管布置。
73.此外，虽然在本发明的实施例和附图中表示了掺杂类型和掺杂水平，但本领域技术人员熟知，图示的npn型晶体管可以被pnp型晶体管结构取代，而不影响本发明的各实施例的目的的实现。
74.以上所述皆为本发明实施方式的代表性示例，且仅为说明性目的提供。本发明预期在一个实施方式中使用的一个或多个技术特征，在不违背实施方式的目的的情况下，可以添加至另一个实施方式中，以形成改进或替代的实施方式。同理，在一个实施方式中使用的一个或多个技术特征，在不违背实施方式的目的的情况下可以被省略或替代，以形成替代的或简化的实施方式。此外，在一个实施方式中使用的一个或多个技术特征，在不违背实施方式的目的的情况下，可与另一个实施方式中的一个或多个技术特征组合，以形成改进的或替代的实施方式。本发明意在包括所有以上改进的、替代的、简化的技术方案。

技术特征：
1.一种晶体管光镊，包括：第一电极；能够与第一电极电连接的第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的光电晶体管阵列，所述光电晶体管阵列包括复数个双极型光电晶体管，每个光电晶体管之间通过绝缘元件物理地隔离；以及设置在第一电极和光电晶体管阵列之间的微流体通道，所述微流体通道包括复数个微孔，其特征在于，所述复数个光电晶体管规律性排列并且在横向上以第一间距排列，在纵向上以第二间距排列，其中，位于相邻纵向上的相邻晶体管在横向上相互错开并且所述相邻晶体管的中心点的连线所在的方向构成斜向，所述斜向上的晶体管以第三间距排列，其中所述第三间距与第一间距或第二间距实质性相等。2.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，所述第一间距小于或大于所述第二间距。3.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，所述复数个光电晶体管以圆形或六边形为重复单元规律性排列。4.根据权利要求3所述的晶体管光镊，其特征在于，所述复数个光电晶体管以六边形为重复单元规律性排列，并且所述六边形由六棱柱式的光电晶体管的横截面构成。5.根据权利要求3所述的晶体管光镊，其特征在于，所述复数个光电晶体管以六边形为重复单元规律性排列，并且所述六边形由六个三角形组合而成，所述六个三角形由六个相互物理隔离的三棱柱式光电晶体管的横截面构成。6.根据权利要求5所述的晶体管光镊，其特征在于，所述三角形排布成使得六边形的一个边呈横向设置。7.根据权利要求3所述的晶体管光镊，其特征在于，所述复数个光电晶体管以圆形为重复单元规律性排列，每个圆形由圆柱式光电晶体管的横截面构成。8.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，所述复数个光电晶体管集成于共同的半导体衬底上，并且每个光电晶体管包括基区、发射区和集电区。9.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，所述微流体通道包含具有细胞的导电介质，所述复数个光电晶体管中的至少两个被激发以操纵所述细胞。10.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，单位长度的横向和斜向光图案分别在横向和斜向上产生实质性相同强度的光生电流。11.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，单位长度的纵向和斜向光图案分别在纵向和斜向上产生实质性相同强度的光生电流。12.根据权利要求1所述的晶体管光镊，其特征在于，所述光电晶体管阵列表面不设置金属电极。13.一种微流体设备，其包括权利要求1至12任一项所述的晶体管光镊、控制系统、图像采集系统以及光图案生成装置。14.根据权利要求13所述的微流体设备，其特征在于，所述光图案生成装置产生的光图案覆盖至少两个相邻的光电晶体管。15.根据权利要求13所述的微流体设备，其特征在于，所述光图案生成装置产生的光图
案包括斜向长度。16.根据权利要求15所述的微流体设备，其特征在于，所述光图案生成装置产生的光图案还包括横向长度或纵向长度。17.根据权利要求16所述的微流体设备，其特征在于，所述斜向长度与所述横向长度或纵向长度实质性相等。18.根据权利要求13所述的微流体设备，其特征在于，所述微流体设备不包括电润湿装置。

技术总结
本发明提供了一种第一电极；第二电极；设置在第一电极和第二电极之间的光电晶体管阵列，所述光电晶体管阵列包括复数个双极型光电晶体管，每个光电晶体管之间通过绝缘元件物理地隔离；其中所述复数个光电晶体管规律性排列并且在横向上以第一间距排列，在纵向上以第二间距排列，其中，位于相邻纵向上的相邻晶体管在横向上相互错开并且所述相邻晶体管的中心点的连线所在的方向构成斜向，所述斜向上的晶体管以第三间距排列，其中所述第三间距与第一间距或第二间距实质性相等。本发明提供的晶体管光镊，其晶体管阵列在横向或纵向部分与斜向部分具有基本相等的排列密度，导致产生均衡的DEP力，使得细胞等微物体的操作更加便利和准确。确。确。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：彩科（苏州）生物科技有限公司
技术研发日：2021.12.28
技术公布日：2023/7/11