專(zhuān)利名稱(chēng)：選通開(kāi)關(guān)陣列及其應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種選通開(kāi)關(guān)陣列及其應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的集成電路，普遍采用晶體管實(shí)現(xiàn)電路的開(kāi)關(guān)選通，但晶體管的體積尺寸很 難適應(yīng)器件電路更加微型化的需求，且費(fèi)用也較為高昂。如果將金屬納米線(xiàn)、半導(dǎo)體納米線(xiàn) 等直接作為電路開(kāi)關(guān)，對(duì)微/納電路進(jìn)行連通，將能進(jìn)一步滿(mǎn)足微型化要求。目前，科研人 員運(yùn)用直線(xiàn)平行微電極陣列，并利用介電泳力實(shí)現(xiàn)了微/納電路的精確連接，但通常單束 納米線(xiàn)只能對(duì)固定的某對(duì)微電極實(shí)現(xiàn)連接，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)多路微/納電路的動(dòng)態(tài)或者選擇性 連接以及柔性化集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有的集成電路中，晶體管選通開(kāi)關(guān)陣列不適應(yīng)器件 電路微型化的需求，納米線(xiàn)電路開(kāi)關(guān)難以實(shí)現(xiàn)多路微/納電路的動(dòng)態(tài)或者選擇性連接以及 柔性化集成。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種選通開(kāi)關(guān)陣列，其特征在 于，上基板和下基板之間設(shè)置絕緣間隔層，三者構(gòu)成微流體腔；下基板上表面設(shè)有n(n ^ 2) 根呈圓周狀均勻排布的微電極，所述的上基底和下基底均為透明材料。設(shè)計(jì)中，采用透明的上下基板，便于激光束通過(guò)基板形成光鑷，亦便于操作者觀(guān) 察；所述光鑷是現(xiàn)有技術(shù)中一種利用激光束移動(dòng)微小物體的光場(chǎng)，該光場(chǎng)能形成了一個(gè)勢(shì) 能較低的區(qū)域，即區(qū)域內(nèi)外存在勢(shì)壘，當(dāng)微粒的動(dòng)能不足以克服這個(gè)勢(shì)壘時(shí)，粒子將始終停 留在光阱內(nèi)；因此，通過(guò)移動(dòng)光束，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)粒子的遷移操縱；每?jī)蓚€(gè)不同的微電極均可 形成一微電極對(duì)；移除光鑷后，在微電極對(duì)間連通電壓，利用非均勻電場(chǎng)下的介電泳力將納 米線(xiàn)束連接在微電極之間的尖端位置，即可實(shí)現(xiàn)選通電路?，F(xiàn)有的直線(xiàn)平行微電極陣列只 能實(shí)現(xiàn)固定的某兩根微電極間的納米線(xiàn)連接，而且占用的面積相對(duì)偏大，集成性低，對(duì)于直 線(xiàn)陣列上的任意微電極間的選擇性連通往往很難實(shí)現(xiàn)，且容易發(fā)生納米線(xiàn)連接的混亂、搭 接、錯(cuò)位，使外圍功能電路連接的可擴(kuò)展性受限。本發(fā)明中，微電極呈圓周狀排布，可以使單 束納米線(xiàn)實(shí)現(xiàn)圓周狀排布的任意微電極間的快速選通連接，提高了外圍功能電路的可擴(kuò)展 性和集成柔性。所述微流體腔內(nèi)相鄰的微電極間距為納米線(xiàn)直徑的幾十至數(shù)百倍，微流體 腔的截面積將根據(jù)排布電極的數(shù)目而定，在幾個(gè)平方微米至平方厘米不等；間隔層的厚度 在幾十至幾百微米之間；
為方便集成電路中對(duì)開(kāi)關(guān)選通的精確控制，上基板上還設(shè)有微孔。微孔主要用于連接 輸液導(dǎo)管，由于精確控制需要隨時(shí)調(diào)節(jié)微流體腔內(nèi)的溶液量，因此，設(shè)置微孔更便于操作人 員按需要調(diào)節(jié)。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)方案，微電極的一端為錐形或圓形的尖端。這樣設(shè)計(jì)有利 于提高微電極間形成的局部電場(chǎng)強(qiáng)度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是所述選通開(kāi)關(guān)陣列克服了直線(xiàn)平行微電極連接可擴(kuò)展性差、柔 性較低的缺陷，結(jié)合光鑷技術(shù)與介電泳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了圓周狀排布的任意微電極間的快速選 通連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功能穩(wěn)定、精度高且制作成本低廉。


圖1為本發(fā)明選通開(kāi)關(guān)陣列的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明微電極圓周狀排布及微流體腔結(jié)構(gòu)的截面示意圖； 圖3為本發(fā)明選通開(kāi)關(guān)陣列示意圖； 圖4為本發(fā)明選通開(kāi)關(guān)陣列實(shí)施應(yīng)用方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明選通開(kāi)關(guān)陣列作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1至2所示，上基板2和下基板3之間設(shè)置絕緣間隔層4，三者構(gòu)成的微流體 腔5 ；上基板上還設(shè)有微孔21，下基板3的上表面設(shè)有8根呈圓周狀均勻排布的微電極1， 微電極1的尖端為錐形，且兩個(gè)不同的微電極1可形成微電極對(duì)；上基底2和下基底3均為 玻璃或聚合物制成的透明材料；激光束6穿過(guò)上基底2形成可用以捕獲并移動(dòng)納米線(xiàn)至需 要位置的光鑷；然后，在需要的微電極對(duì)間加上電壓，使納米線(xiàn)連接，即可達(dá)到開(kāi)關(guān)選通的 功能。如圖4所示，選通開(kāi)關(guān)陣列的微流體腔內(nèi)置有配好的一定濃度的納米線(xiàn)溶液，當(dāng) 激光束6從上基板2投射進(jìn)入微流體腔5內(nèi)時(shí)，由激光束6產(chǎn)生的光場(chǎng)將會(huì)對(duì)溶液中的納米 線(xiàn)產(chǎn)生鉗制作用，可以捕獲單根或一束納米線(xiàn)，此時(shí)的納米線(xiàn)具有一定的懸浮高度。通過(guò)移 動(dòng)光束，將納米線(xiàn)移動(dòng)至選通微電極對(duì)的中心區(qū)域；隨后撤除光鑷的作用，由于納米線(xiàn)的密 度大于溶液介質(zhì)密度，會(huì)呈現(xiàn)自然沉降的趨勢(shì)。然后利用可編程波形發(fā)生器8在特定的微 電極對(duì)上施加交流信號(hào)，這時(shí)微電極對(duì)之間的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生非均勻電場(chǎng)，通過(guò)可編程控制器 81控制施加信號(hào)的強(qiáng)度和頻率，可以使納米線(xiàn)在兩個(gè)微電極1尖端之間實(shí)現(xiàn)搭橋連接。如 果需要更換連通的微電極對(duì)，只需在撤除電壓之后，先利用光鑷將納米線(xiàn)平移或轉(zhuǎn)動(dòng)至方 便區(qū)域，在另一對(duì)微電極1之間施加交流信號(hào)，則納米線(xiàn)將在另一對(duì)微電極1間實(shí)現(xiàn)橋接。 每一根微電極1都可與某一特定微電路模塊9相連，這樣就可以通過(guò)控制納米線(xiàn)選通連接 微電極1，從而實(shí)現(xiàn)不同微電路模塊9之間的相互連通和集成，完成特定的功能作用。如圖3所示，還可以將選通開(kāi)關(guān)陣列制作成陣列模式，集成到一塊芯片上，如果一 個(gè)芯片上集成有36個(gè)選通開(kāi)關(guān)陣列，而每個(gè)選通開(kāi)關(guān)陣列具有4根電極，利用一塊芯片就 可以同時(shí)最大控制36 X 4個(gè)微電路模塊間的組合通斷，從而大大提高了集成化程度。此外， 選通開(kāi)關(guān)陣列陣列芯片上的每個(gè)選通開(kāi)關(guān)陣列的大小形狀可以完全相同，也可以部分相同 或者全部不同，以滿(mǎn)足不同擴(kuò)展功能的需求。
權(quán)利要求
1.一種選通開(kāi)關(guān)陣列，其特征在于，上基板(2)和下基板(3)之間設(shè)置絕緣間隔層(4)， 三者構(gòu)成微流體腔(5)；下基板(3)上表面設(shè)有η (η > 2)根呈圓周狀均勻排布的微電極 (1)，所述的上基底(2)和下基底(3)均為透明材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選通開(kāi)關(guān)陣列，其特征在于，上基板(2)上還設(shè)有微孔(21)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的選通開(kāi)關(guān)陣列，其特征在于，微電極(1)的一端為錐形 或圓形的尖端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的選通開(kāi)關(guān)陣列的應(yīng)用方法，其特征在于1)將含有納米線(xiàn)的溶液注入微流體腔(5)，然后蓋上上基板(2)，或者通過(guò)上基板上的 微孔(21)連續(xù)注入溶液；2 )待溶液均勻分散后，從上基板(2 )投射進(jìn)激光束(6 )，移動(dòng)光束使納米線(xiàn)束遷移至特 定區(qū)域后，撤除激光束(6);3)在相應(yīng)的微電極(1)間施加電壓信號(hào)并調(diào)整激勵(lì)信號(hào)頻率，使納米線(xiàn)束連接在相應(yīng) 的微電極對(duì)尖端之間，實(shí)現(xiàn)微/納電路的連通；開(kāi)關(guān)的選通作用可以通過(guò)撤除電壓信號(hào)后， 重復(fù)上述操作實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的選通開(kāi)關(guān)陣列的應(yīng)用方法，其特征在于，在微電極(1)上施 加的電壓信號(hào)為正弦信號(hào)或是若干正弦信號(hào)的疊加信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種選通開(kāi)關(guān)陣列及其應(yīng)用方法，上基板和下基板之間設(shè)置絕緣間隔層，三者構(gòu)成微流體腔；下基板上表面設(shè)有n(n≥2)根呈圓周狀均勻排布的微電極，所述的上基底和下基底均為透明材料。本發(fā)明所述選通開(kāi)關(guān)陣列克服了直線(xiàn)平行微電極連接可擴(kuò)展性差、柔性較低的缺陷，結(jié)合光鑷技術(shù)與介電泳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了圓周狀排布的任意微電極間的快速選通連接，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、功能穩(wěn)定、精度高且制作成本低廉。
文檔編號(hào)H01H36/00GK102136393SQ20101059157
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者倪中華, 朱曉璐, 陳科, 項(xiàng)楠 申請(qǐng)人:東南大學(xué)