专利名称：选通开关阵列及其应用方法
技术领域：
本发明涉及一种选通开关阵列及其应用方法。
背景技术：
现有的集成电路，普遍采用晶体管实现电路的开关选通，但晶体管的体积尺寸很 难适应器件电路更加微型化的需求，且费用也较为高昂。如果将金属纳米线、半导体纳米线 等直接作为电路开关，对微/纳电路进行连通，将能进一步满足微型化要求。目前，科研人 员运用直线平行微电极阵列，并利用介电泳力实现了微/纳电路的精确连接，但通常单束 纳米线只能对固定的某对微电极实现连接，而无法实现多路微/纳电路的动态或者选择性 连接以及柔性化集成。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的集成电路中，晶体管选通开关阵列不适应器件 电路微型化的需求，纳米线电路开关难以实现多路微/纳电路的动态或者选择性连接以及 柔性化集成。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种选通开关阵列，其特征在 于，上基板和下基板之间设置绝缘间隔层，三者构成微流体腔；下基板上表面设有n(n ^ 2) 根呈圆周状均勻排布的微电极，所述的上基底和下基底均为透明材料。设计中，采用透明的上下基板，便于激光束通过基板形成光镊，亦便于操作者观 察；所述光镊是现有技术中一种利用激光束移动微小物体的光场，该光场能形成了一个势 能较低的区域，即区域内外存在势垒，当微粒的动能不足以克服这个势垒时，粒子将始终停 留在光阱内；因此，通过移动光束，即可实现对粒子的迁移操纵；每两个不同的微电极均可 形成一微电极对；移除光镊后，在微电极对间连通电压，利用非均勻电场下的介电泳力将纳 米线束连接在微电极之间的尖端位置，即可实现选通电路。现有的直线平行微电极阵列只 能实现固定的某两根微电极间的纳米线连接，而且占用的面积相对偏大，集成性低，对于直 线阵列上的任意微电极间的选择性连通往往很难实现，且容易发生纳米线连接的混乱、搭 接、错位，使外围功能电路连接的可扩展性受限。本发明中，微电极呈圆周状排布，可以使单 束纳米线实现圆周状排布的任意微电极间的快速选通连接，提高了外围功能电路的可扩展 性和集成柔性。所述微流体腔内相邻的微电极间距为纳米线直径的几十至数百倍，微流体 腔的截面积将根据排布电极的数目而定，在几个平方微米至平方厘米不等；间隔层的厚度 在几十至几百微米之间；
为方便集成电路中对开关选通的精确控制，上基板上还设有微孔。微孔主要用于连接 输液导管，由于精确控制需要随时调节微流体腔内的溶液量，因此，设置微孔更便于操作人 员按需要调节。作为本发明的一种改进方案，微电极的一端为锥形或圆形的尖端。这样设计有利 于提高微电极间形成的局部电场强度。
本发明的优点是所述选通开关阵列克服了直线平行微电极连接可扩展性差、柔 性较低的缺陷，结合光镊技术与介电泳技术，实现了圆周状排布的任意微电极间的快速选 通连接，其结构简单、体积小、功能稳定、精度高且制作成本低廉。
图1为本发明选通开关阵列的结构示意图2为本发明微电极圆周状排布及微流体腔结构的截面示意图； 图3为本发明选通开关阵列示意图； 图4为本发明选通开关阵列实施应用方法示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明选通开关阵列作进一步说明。如图1至2所示，上基板2和下基板3之间设置绝缘间隔层4，三者构成的微流体 腔5 ；上基板上还设有微孔21，下基板3的上表面设有8根呈圆周状均勻排布的微电极1， 微电极1的尖端为锥形，且两个不同的微电极1可形成微电极对；上基底2和下基底3均为 玻璃或聚合物制成的透明材料；激光束6穿过上基底2形成可用以捕获并移动纳米线至需 要位置的光镊；然后，在需要的微电极对间加上电压，使纳米线连接，即可达到开关选通的 功能。如图4所示，选通开关阵列的微流体腔内置有配好的一定浓度的纳米线溶液，当 激光束6从上基板2投射进入微流体腔5内时，由激光束6产生的光场将会对溶液中的纳米 线产生钳制作用，可以捕获单根或一束纳米线，此时的纳米线具有一定的悬浮高度。通过移 动光束，将纳米线移动至选通微电极对的中心区域；随后撤除光镊的作用，由于纳米线的密 度大于溶液介质密度，会呈现自然沉降的趋势。然后利用可编程波形发生器8在特定的微 电极对上施加交流信号，这时微电极对之间的区域会产生非均勻电场，通过可编程控制器 81控制施加信号的强度和频率，可以使纳米线在两个微电极1尖端之间实现搭桥连接。如 果需要更换连通的微电极对，只需在撤除电压之后，先利用光镊将纳米线平移或转动至方 便区域，在另一对微电极1之间施加交流信号，则纳米线将在另一对微电极1间实现桥接。 每一根微电极1都可与某一特定微电路模块9相连，这样就可以通过控制纳米线选通连接 微电极1，从而实现不同微电路模块9之间的相互连通和集成，完成特定的功能作用。如图3所示，还可以将选通开关阵列制作成阵列模式，集成到一块芯片上，如果一 个芯片上集成有36个选通开关阵列，而每个选通开关阵列具有4根电极，利用一块芯片就 可以同时最大控制36 X 4个微电路模块间的组合通断，从而大大提高了集成化程度。此外， 选通开关阵列阵列芯片上的每个选通开关阵列的大小形状可以完全相同，也可以部分相同 或者全部不同，以满足不同扩展功能的需求。
权利要求
1.一种选通开关阵列，其特征在于，上基板(2)和下基板(3)之间设置绝缘间隔层(4)， 三者构成微流体腔(5)；下基板(3)上表面设有η (η > 2)根呈圆周状均勻排布的微电极 (1)，所述的上基底(2)和下基底(3)均为透明材料。
2.根据权利要求1所述的选通开关阵列，其特征在于，上基板(2)上还设有微孔(21)。
3.根据权利要求1或2所述的选通开关阵列，其特征在于，微电极(1)的一端为锥形 或圆形的尖端。
4.根据权利要求1所述的选通开关阵列的应用方法，其特征在于1)将含有纳米线的溶液注入微流体腔(5)，然后盖上上基板(2)，或者通过上基板上的 微孔(21)连续注入溶液；2 )待溶液均勻分散后，从上基板(2 )投射进激光束(6 )，移动光束使纳米线束迁移至特 定区域后，撤除激光束(6);3)在相应的微电极(1)间施加电压信号并调整激励信号频率，使纳米线束连接在相应 的微电极对尖端之间，实现微/纳电路的连通；开关的选通作用可以通过撤除电压信号后， 重复上述操作实现。
5.根据权利要求4所述的选通开关阵列的应用方法，其特征在于，在微电极(1)上施 加的电压信号为正弦信号或是若干正弦信号的叠加信号。
全文摘要
本发明公开了一种选通开关阵列及其应用方法，上基板和下基板之间设置绝缘间隔层，三者构成微流体腔；下基板上表面设有n(n≥2)根呈圆周状均匀排布的微电极，所述的上基底和下基底均为透明材料。本发明所述选通开关阵列克服了直线平行微电极连接可扩展性差、柔性较低的缺陷，结合光镊技术与介电泳技术，实现了圆周状排布的任意微电极间的快速选通连接，其结构简单、体积小、功能稳定、精度高且制作成本低廉。
文档编号H01H36/00GK102136393SQ20101059157
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者倪中华, 朱晓璐, 陈科, 项楠 申请人:东南大学