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CN118185744A - 微孔阵列及其制备方法 - Google Patents

微孔阵列及其制备方法 Download PDF

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CN118185744A CN202211607391.4A CN202211607391A CN118185744A CN 118185744 A CN118185744 A CN 118185744A CN 202211607391 A CN202211607391 A CN 202211607391A CN 118185744 A CN118185744 A CN 118185744A
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苏云鹏
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Chengdu Jinshi Technology Co ltd
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Abstract

本公开提供一种微孔阵列及其制备方法。根据本公开的微孔阵列的每个微孔结构单元包括：ASIC衬底、金属层、钝化层、介质层、电极层和微孔层。形成从微孔层的顶部贯穿至电极层顶部的微孔。在一种实现中，微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。在保持微孔截面尺寸不变的情况下，增加微孔中所暴露的电极层的表面积；或者在保持微孔中所暴露的电极层的表面积不变的情况下，减小微孔截面尺寸。由此，提升了电压驱动力和芯片集成度。

Description

微孔阵列及其制备方法
技术领域
本公开属于生物分子检测芯片领域，具体而言，涉及一种生物分子检测芯片的微孔阵列的设计和其制备方法。
背景技术
基于纳米孔的生物分子检测芯片是生物分子检测领域的纳米孔基因测序仪、纳米孔蛋白测序仪及其他基于纳米孔的生物分子检测设备的关键部件，包括纳米孔核酸测序芯片、纳米孔蛋白测序芯片和纳米孔蛋白检测芯片等，其主要作用是将核酸、蛋白质等生物分子或其序列信号转化为电流信号。分子检测芯片的微孔能提供生物分子检测时必需的反应容器和环境，对生物膜和纳米孔等生化系统的形成至关重要，其阵列的结构设计将直接决定生物分子检测芯片的结构及性能。
本公开的发明人发现，目前的情况来说，用于基于纳米孔的生物分子检测芯片还存在多个方面的技术问题亟待攻克，例如：芯片单元尺寸进一步缩小以提升芯片集成度、微孔生物相容性提升及结构优化以增加生物膜成膜效率、良率、稳定性等。
发明内容
本发明提供一种本公开实施例提供一种基于纳米孔的生物分子检测芯片微孔阵列的设计及其制备方法，用于对上述多个方面的技术问题之一进行改进。
根据本发明的第一方面，提供一种微孔阵列。所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：ASIC衬底；金属层，位于所述ASIC衬底之上；钝化层，位于所述ASIC衬底之上；介质层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述钝化层的顶部，并且覆盖所述金属层的顶部的部分区域；电极层，位于所述金属层和所述介质层之上，覆盖所述金属层的顶部未覆盖介质层的区域以及所述介质层的顶部的部分区域；微孔层，位于所述介质层和所述电极层之上。在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至覆盖所述金属层的顶部的所述电极层的顶部。所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔的截面尺寸为0.5～10μm，贯穿深度为0.2～10μm。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，所述介质层的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，所述电极层包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。所述集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。所述超级电容电极层的材料包括在所述集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。所述过渡金属可以包括Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔层的材料包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，在所述微孔层与所述电极层之间没有间隙。
在根据本发明第一方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔层包括：微孔层下层；微孔层上层，位于所述微孔层下层之上。在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
优选地，在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
相比于现有侧壁包含介质层的方案，根据本发明第一方面的方案由于部分侧壁为电极层，可显著增加电极层的总面积。因此相比于侧壁包含介质层的方案可允许微孔直径进一步缩小，实现进一步提升芯片上单位面积上微孔数量的目标。
根据本发明的第二方面，提供一种微孔阵列。所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：ASIC衬底；金属层，位于所述ASIC衬底之上；钝化层，位于所述ASIC衬底之上；介质层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述钝化层的顶部，并且覆盖所述金属层的顶部的部分区域；电极层，位于所述金属层和所述介质层之上，覆盖所述金属层的顶部未覆盖介质层的区域以及所述介质层的顶部的部分区域；微孔层，位于所述介质层之上。在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。在所述微孔的内圈形成由电极层边缘部分覆盖介质层而形成的凸起结构，所述凸起结构高于所述介质层的顶部，但低于微孔层的顶部。
根据本发明第二方面的微孔阵列中，优选地，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
类似地，相比于现有侧壁包含介质层的方案，根据本发明第二方面的方案由于部分侧壁为电极层，可显著增加电极层的总面积，因此相比于侧壁包含介质层的方案可允许微孔直径进一步缩小，实现进一步提升芯片上单位面积上微孔数量的目标。
此外，根据本发明第一方面的可选实施方式也都适用于根据第二方面的微孔阵列的方案。
根据本发明的第三方面，提供一种微孔阵列的制备方法。在所述制备方法中，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：提供ASIC衬底；在ASIC衬底上形成金属层；在ASIC衬底上形成钝化层；在所述金属层和所述钝化层上形成介质层，其中，暴露出所述金属层的顶部的部分区域；在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成电极层；在所述介质层和所述电极层上形成微孔层；在所述微孔层中形成微孔。所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至覆盖所述金属层的顶部的所述电极层的顶部。所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述方法进一步包括：在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，对所述ASIC衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。例如，可以使用化学机械抛光(CMP)技术或类似平坦化技术。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成电极层的步骤进一步包括：使电极层材料覆盖所述介质层和暴露出的所述金属层的顶部的部分区域；以及去除部分电极层材料，暴露出介质层的顶部的一部分。
优选地，所述方法进一步包括：在去除部分电极层材料之前，在所述电极层上形成保护层；以及在去除部分电极层材料之后，去除所述保护层。所述保护层包括介质材料，在所述电极层上生长，厚度为10nm～2μm。所述保护层的介质材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成介质层的步骤进一步包括：使用PECVD、旋涂或者贴膜方式形成所述介质层，厚度为0.1～10μm；通过去除不需要的介质材料，暴露出所述金属层的顶部的部分区域。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成电极层的步骤进一步包括：在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成集流体层；和在所述集流体层上形成超级电容电极层。
优选地，使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的氮化钛(TiN)以形成所述集流体层；和使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成所述超级电容电极层。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成微孔层的步骤包括使用旋涂、贴膜形成一层有机材料层作为微孔层，厚度为0.2～10μm。所述的在所述微孔层中形成微孔的步骤包括对所述微孔的区域进行图形化以去除部分微孔层材料，图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
在根据本发明第三方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成微孔层和形成微孔的步骤包括：使用压印的方法将已经图形化的微孔层转印到所述电极层和介质层上。
优选地，所述微孔层的材料为SU8或PBO。
类似地，相比于现有侧壁包含介质层的方案，根据本发明第三方面的方案由于部分侧壁为电极层，可显著增加电极层的总面积。因此相比于侧壁包含介质层的方案可允许微孔直径进一步缩小，实现进一步提升芯片上单位面积上微孔数量的目标。
与现有技术相比，本制备方法可避免用于形成生物膜的磷脂等脂质材料在间隙处堆积，从而提升形成的生物膜的良率、质量和稳定性。
此外，根据本发明第一方面的可选实施方式所对应的方法步骤也都适用于根据第三方面的微孔阵列的制备方法。
在以上的实施方案中，去除部分电极层材料以暴露出介质层的顶部的一部分的步骤可以采用图形化来完成，更具体，可以使用光刻和刻蚀技术。
在可选的实施方案中，保护层可以通过化学机械抛光(CMP)、图形化刻蚀或其组合的方式去除，其目的在于保护超级电容电极层疏松的表面，使其电压驱动能力得到保持，且可避免在电极层和微孔层之间形成间隙。
此外，在微孔层图形化后，若在前述步骤未去除所述保护层，可使用刻蚀或腐蚀的方法去除。
根据本发明的第四方面，提供一种微孔阵列的制备方法。在所述方法中，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：提供ASIC衬底；在ASIC衬底上形成金属层；在ASIC衬底上形成钝化层；在所述金属层和所述钝化层上形成介质层，其中，暴露出所述金属层的顶部的部分区域；在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成电极层；在所述介质层上形成微孔层；在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。在所述微孔的内圈形成由电极层边缘部分覆盖介质层而形成的凸起结构，所述凸起结构高于所述介质层的顶部，但低于微孔层的顶部。
在根据本发明第四方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
类似地，相比于现有侧壁包含介质层的方案，根据本发明第五方面的方案由于部分侧壁为电极层，可显著增加电极层的总面积。因此相比于侧壁包含介质层的方案可允许微孔直径进一步缩小，实现进一步提升芯片上单位面积上微孔数量的目标。
此外，根据本发明第一方面的可选实施方式所对应的方法步骤也都适用于根据第四方面的微孔阵列的制备方法。
根据本发明的第五方面，提供一种微孔阵列。所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：ASIC衬底；金属层，位于所述ASIC衬底之上；钝化层，位于所述ASIC衬底之上；电极层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述金属层的顶部，并且覆盖所述钝化层的顶部的部分区域；第一介质层，位于所述钝化层和所述电极层之上，覆盖所述电极层的顶部的部分区域；第二介质层，位于第一介质层之上；微孔层，位于所述第二介质层之上。在所述微孔层、第二介质层和第一介质层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部。所述微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔在微孔层中的截面尺寸不小于在第二介质层中的截面尺寸。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，所述第一介质层和第二介质层的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，所述电极层包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。所述集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。所述超级电容电极层的材料包括在所述集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。所述过渡金属包括Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔层的材料包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
在根据本发明第五方面的微孔阵列中，优选地，所述微孔层包括：微孔层下层；微孔层上层，位于所述微孔层下层之上。在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
优选地，在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
根据本发明的第六方面，提供一种微孔阵列的制备方法。在所述方法中，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：提供ASIC衬底；在ASIC衬底上形成金属层；在ASIC衬底上形成钝化层；在所述金属层和所述钝化层上形成电极层，其中，暴露出所述钝化层的顶部的部分区域；在所述电极层的顶部以及暴露出的所述钝化层的顶部的部分区域上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成第二介质层；在所述第二介质层上形成微孔层；贯穿所述微孔层、所述第二介质层和所述第一介质层形成微孔，暴露出电极层的顶部的部分区域；通过去除第一介质层的材料，使得所述微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述方法进一步包括：在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，对所述ASIC衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。例如，可以使用化学机械抛光(CMP)技术或类似平坦化技术。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成电极层的步骤进一步包括：使电极层材料完全覆盖所述钝化层和所述金属层的顶部；以及去除部分电极层材料，暴露出钝化层的顶部的一部分。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成第一介质层的步骤进一步包括：在电极层上生长第一介质层，厚度为1～8μm。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成第二介质层的步骤进一步包括：使用PECVD、旋涂或者贴膜方式在第一介质层上形成第二介质层，厚度为0.2～10μm。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成电极层的步骤进一步包括：在所述金属层和所述钝化层上形成集流体层；和在所述集流体层上形成超级电容电极层。
优选地，使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的TiN以形成所述集流体层；和使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成所述超级电容电极层。
在根据本发明第六方面的微孔阵列的制备方法中，优选地，所述的形成微孔层的步骤包括使用旋涂、贴膜形成一层有机材料层作为微孔层，厚度为0.2～10μm；所述的贯穿所述微孔层、所述第二介质层和所述第一介质层形成微孔的步骤包括对所述微孔的区域进行图形化以去除部分微孔层、部分第一介质层、部分第二介质层的材料，图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
优选地，所述微孔层的材料为SU8或PBO。
此外，根据本发明第五方面的可选实施方式所对应的方法步骤也都适用于根据第六方面的微孔阵列的制备方法。
在以上的实施方案中，去除部分电极层材料以暴露出钝化层的顶部的一部分的步骤可以采用图形化来完成，更具体，可以使用光刻和刻蚀技术。
在可选的实施方案中，可以使用PECVD、旋涂或者贴膜方式形成第一介质层，厚度为0.1-10μm。
可以通过CMP或其他类似的平坦化技术如刻蚀等进行抛磨，其目的在于使第一介质层形成一个平整的表面。
在可选的实施方案中，还包括：使用PECVD、旋涂或者贴膜的方式形成所述第二介质层，厚度为0.1～10μm。
在可选的实施方案中，还包括：使用旋涂、贴膜形成微孔层，厚度为0.2～10μm。
在可选的实施方案中，还包括：使用光刻或刻蚀方法对所述微孔层和第二介质层进行图形化，图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
在可选的实施方案中，还包括：使用等离子体或者湿法去胶去除光刻胶并用清洗液对刻蚀过程中产生的有机聚合物进行去除，以保证电极层的完全暴露。
根据本公开的教导，在保持微孔截面尺寸不变的情况下，增加微孔中所暴露的电极层的表面积；或者在保持微孔中所暴露的电极层的表面积不变的情况下，减小微孔截面尺寸。由此，提升了电压驱动力和芯片集成度。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本公开的微孔阵列的结构设计用于制造测序芯片，该测序芯片应用于基因测序的原理示意图；
图2是根据本公开第一实施例的微孔阵列的单元构造的结构示意图；
图3是根据本公开第二实施例的微孔阵列的单元构造的结构示意图；
图4是根据本公开第三实施例的微孔阵列的单元构造的结构示意图；
图5是根据本公开第四实施例的微孔阵列的单元构造的结构示意图；
图6是根据本公开第五实施例的微孔阵列的单元构造的结构示意图；
图7是根据本公开第一实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的流程示意图；
图8-11是根据本公开第一实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的具体示意图；
图12是根据本公开第四实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的流程示意图；
图13-17是根据本公开第四实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的具体示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。
本领域技术人员应该理解，尽管在本公开中使用“第一”、“第二”等序数词来说明各个区域、层和/或部分，但这些区域、层和/或部分不应被这些序数词所限制。这些序数词仅用于将一个区域、层或部分与另一个区域、层或部分相区分。因此，在下文说明的第一区域、层或部分可以互换地被命名为第二区域、层或部分；相似地，第二区域、层或部分也可互换地被命名为第一区域、层或部分，这样的命名不背离本公开的教导，也并不暗示实际必要的顺序，除非文中明确指定。
此外，本公开中还使用了例如“上”、“下”、“顶”、“底”等相对关系术语来说明一个元件、模块、部分与另外的元件、模块、部分的如图所示的相对关系。本领域技术人员应该理解，这样的相对关系术语旨在包括除了在图中所描述的取向之外的元件、模块、部分的不同取向。例如，如果将图中的元件翻转，那么本来描述为在其他元件的“上”侧的元件将位于该其他元件的“下”侧。因此基于附图的特定取向，示例性术语“上”其实可以包括“下”和“上”的取向。相似地，如果将图中的一个元件翻转，描述为在其他元件之“下”的元件将位于该其他元件之“上”。因此示例性术语“下”其实同样可以包括“上”和“下”的取向。类似地，可以解释“顶”和“底”的相对关系。简言之，这样的相对关系术语并不暗示绝对的位置关系，除非文中明确指定。
图1是本公开的微孔阵列所形成的的基于纳米孔的生物分子检测芯片应用于生物分子检测的原理示意图。如图1所示，本公开的每个芯片单元包括ASIC(专用集成电路，ApplicationSpecificIntegratedCircuit)衬底、位于该衬底之上的微电极层以及覆盖于衬底和微电极层之上的微孔侧壁。其中，微孔侧壁的中间开有从顶部到微电极层的表面的微孔。该芯片工作原理如下：在微孔及其流路中充满盐溶液，微孔顶部的开口覆盖生物膜，生物膜上镶嵌有纳米孔生化系统；通过在微电极及公用电极上施加不同的电压，形成电压差，从而驱动盐溶液中的带电离子通过纳米孔，形成微电流；当待测生物大分子或其序列通过纳米孔时，会与纳米孔信号检测区域发生相互作用，产生特征微电流，该特征微电流的特性，如强度、持续时间等决定于待测生物大分子或其序列或其修饰物的特性，如核苷酸所带碱基的类别、蛋白质序列氨基酸残基的类型，核苷酸或蛋白质修饰物的性质等，该特征微电流经由微电极层传导至ASIC衬底，可通过与电极相连接的半导体测量芯片进行检测，进而实现核酸测序、蛋白质测序等生物大分子检测的目的。
以下结合本公开的微孔阵列的单元构造的各个具体实施例对微孔阵列的单元结构和制备方法进行详细说明。
图2是根据本公开的第一实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元的示意图。如图2所示，本实施例的测序芯片的微孔阵列中每个微孔结构单元包括ASIC衬底101、金属层102、钝化层103、介质层104、电极层105、微孔层106。
具体地说，在根据本实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元中，在ASIC衬底上形成有ASIC顶层金属层102和钝化层103。在金属层102和钝化层103之上形成有介质层104。介质层104完全覆盖钝化层103的顶部，并且覆盖金属层102的顶部的部分区域。在金属层102和介质层104上形成有电极层105，该电极层构成微电极。电极层105覆盖金属层102的顶部未覆盖介质层104的区域以及介质层104的顶部的部分区域。在介质层104和电极层105上形成有微孔层106。该微孔层106中形成有微孔，该微孔从微孔层的顶部贯穿至覆盖金属层102的顶部的电极层105的顶部。微孔的侧壁从上至下分别是微孔层106和电极层105。
位于微孔层106的孔的侧壁从微孔层106的顶部向电极层105顶部延伸，侧壁与电极层形成的夹角可以是直角，也可以是钝角或者锐角。其中微孔层106形成的单个微孔的截面尺寸为0.5～10μm，厚度为0.2～10μm。
本实施例中，孔的侧壁只包含电极层105和微孔层106，而不包含介质层104，相比于侧壁包含介质层的方案，本实施例的方案可显著增加电极层的总面积。在电极层单位面积的电压驱动力(功率)保持不变时，本方案可以在微孔直径小于侧壁包含介质层的方案微孔直径的情况下，保持与后者同样的电极层总面积，以提供相同的电压驱动力，从而允许微孔直径相对于前者进一步缩小，实现进一步提升芯片上单位面积上微孔数量的目标。
本实施例中，介质层104的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
本实施例中，尽管图2中未明确示出，电极层105可以包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。其中，集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。超级电容电极层的材料包括在集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。过渡金属包括例如Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
本实施例中，微孔层106的材料包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
图3是根据本公开的第二实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元的示意图。如图3所示，在图2所示实施例的基础上，除了包括ASIC衬底201、金属层202、钝化层203、介质层204、电极层205之外，本实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔的结构进一步在微孔层下层206之上形成微孔层上层207。也就是说，由微孔层下层206和微孔层上层207共同形成整个微孔层。
与图2所示实施例的区别在于，在图2所示实施例的基础上，进一步形成了从位于微孔层上层207的顶部向底部垂直延伸的孔，该孔的侧壁与底部形成夹角的夹角可以是直角，也可以是钝角或者锐角。因此，经过微孔层上层207和微孔层下层206的孔，以及经过微孔层下层206和电极层205的孔可能呈现出上大下小的结构，即，在微孔层上层207形成的微孔的截面尺寸大于在所述微孔层下层206形成的微孔的截面尺寸，以利于生物膜的形成及其稳定性的提升。在一个优选实施例中，在微孔层上层207形成的单个微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在微孔层下层206形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，整个微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图2所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第二实施例。
图4是根据本公开的第三实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元的示意图。如图4所示，在图2所示实施例的基础上，特别地，微孔层306形成的微孔层材料只覆盖部分介质层304的上表面，而不覆盖电极层。在由微孔层306顶部延伸至电极层305上表面形成的微孔的内圈，有一层由电极层305边缘部分覆盖介质层304而形成的凸起结构，如图4中虚线矩形框所示。该凸起结构覆盖介质层304顶部的部分区域，即高于介质层304的顶部，但是低于微孔层306的顶部。进一步，可选择在电极层305的顶部中间位置另外制作一个中间凸起的结构。该中间凸起结构中，电极层下覆盖介质层，介质层形成于金属层之上。
以上形成凸起结构的优势在于可以提升电解质溶液在微孔中的液面高度，减小电解质溶液表面到微孔上表面的高度差，利于快速，简便地形成生物膜。其中微孔层306形成的单个微孔的截面尺寸为0.5～10μm，整个微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图2所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第三实施例。
图5是根据本公开的第四实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元的示意图。如图5所示，本实施例的测序芯片的微孔阵列的每个微孔结构单元包括ASIC衬底401、金属层402、钝化层403、电极层404、第一介质层405、第二介质层406、微孔层407。
具体地说，在根据本实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元中，在ASIC衬底401上形成有ASIC顶层金属层402和钝化层403。在金属层402和钝化层403之上形成电极层404，电极层404完全覆盖金属层402的顶部，并且覆盖钝化层403的顶部的部分区域。在钝化层403和电极层404上形成有第一介质层405，第一介质层405覆盖电极层404顶部的部分区域。在第一介质层405上形成有第二介质层406。在第二介质层406上形成有微孔层407。微孔层407可以覆盖第二介质层406的顶部表面全部或部分区域。
在微孔层407、第二介质层406和第一介质层405中形成微孔。微孔从微孔层407的顶部贯穿至电极层404的顶部。位于微孔层407的微孔的侧壁从微孔层407的顶部向底部延伸，位于第二介质层406的微孔的侧壁从第二介质层406的顶部向底部延伸。其中，在一个优选实施例中，位于微孔层407的微孔的开口尺寸不小于位于第二介质层406的微孔的开口尺寸。位于第一介质层405的微孔的侧壁从第一介质层405的顶部向电极层404的顶部延伸。其中，位于第一介质层405的孔的开口尺寸不小于位于第二介质层406的孔。这里所述的“开口尺寸”与上下文中所述的“截面尺寸”指代相同的含义，因此可以在本公开中互换使用。在如图5所示的一个优选实施例中，微孔在第一介质层405中的截面尺寸大于在第二介质层406中的截面尺寸。该复合结构的每一层结构的侧壁与底部形成的夹角可以是直角，也可以是钝角或者锐角。因此，经过微孔层407、第二介质层406及第一介质层405的孔可能呈现出上小下大的结构，也可能仅在第二介质层406及第一介质层405中呈现出上小下大的结构(如图5的优选实施例所示)。该结构的优势在于可以在保持微孔开口尺寸不变的情况下，增加电极层的表面积，提升电压驱动力；或是在保持电极层表面积不变的情况下，减小微孔开口尺寸，提升芯片集成度。其中微孔层407形成的单个微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
第一介质层405和第二介质层406的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
在一个优选实施例中，电极层403包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。超级电容电极层的材料包括在所述集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。过渡金属包括例如Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
微孔层的材料可以包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图2所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第四实施例。
图6是根据本公开的第五实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔结构单元的示意图。如图6所示，在图5所示实施例的基础上，除了包括ASIC衬底501、金属层502、钝化层503、电极层504、第一介质层505和第二介质层506之外，本实施例的测序芯片的微孔阵列的单个微孔的结构进一步在微孔层下层507之上形成微孔层上层508。也就是说，由微孔层下层507和微孔层上层508共同形成整个微孔层。
与图5所示实施例的区别在于，在图5所示实施例的基础上，进一步形成了从位于微孔层上层508的顶部向底部延伸的孔，孔的侧壁与底部形成的夹角可以是直角，也可以是钝角或者锐角，因此，经过微孔层上层508和微孔层下层507的孔呈现出上大下小的结构，即，在微孔层上层508形成的微孔的截面尺寸大于在微孔层下层507形成的微孔的截面尺寸，以利于生物膜的形成及其稳定性的提升。在一个优选实施例中，在微孔层上层508形成的单个微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在微孔层下层507形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图2所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第五实施例。
图7是根据本公开第一实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的流程图。如图7所示，在根据本申请第一实施例的测序芯片的微孔阵列的结构的制备方法中，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：
在步骤S110，提供ASIC衬底，其中，在ASIC衬底上分别形成金属层和钝化层。
在步骤S120，在金属层和钝化层上形成介质层，其中，暴露出金属层的顶部的部分区域。
在步骤S130，在介质层的顶部的部分区域以及暴露出的金属层的顶部的部分区域上形成电极层。
在步骤S140，在介质层和电极层上形成微孔层。
在步骤S150，在微孔层中形成微孔，所述微孔从微孔层的顶部贯穿至覆盖金属层的顶部的电极层的顶部，并且其中，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
图8-11是根据本公开实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的具体示意图。
如图8所示，在步骤S110，在提供的ASIC衬底之上形成顶层金属层和钝化层，通常此步骤在半导体代工厂已经完成。
在一个优选实施例中，使用化学机械抛光(CMP)技术或类似平坦化技术对衬底面进行平坦化。也就是说，在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，对ASIC衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。
如图9所示，在步骤S120，在钝化层和金属层之上生长一层介质层。介质层的材料如SiO2、SiN、非晶硅、PI等。SiO2、SiN、非晶硅通常使用PECVD技术来沉积，PI通常用旋涂或者贴膜的技术生长到衬底上。也就是说，可以使用PECVD、旋涂或者贴膜方式形成介质层。介质层的厚度为0.1～10μm。
在步骤S120，需要暴露出金属层的顶部的部分区域。可以通过去除不需要的介质材料，暴露出所述金属层的顶部的部分区域。例如，使用光刻的方法定义出需要刻蚀的区域，再刻蚀掉不需要的介质材料，通常使用RIE来去除多余的介质材料。
如图10所示，在步骤S130，在介质层的顶部的部分区域以及暴露出的金属层的顶部的部分区域上形成电极层。具体地说，形成电极层的步骤包括：使电极层材料覆盖介质层和暴露出的金属层的顶部的部分区域；然后，去除部分电极层材料，暴露出介质层的顶部的一部分。
更具体地说，形成电极层的步骤可以进一步包括：在介质层的顶部的部分区域以及暴露出的金属层的顶部的部分区域上形成集流体层；然后，在集流体层上形成超级电容电极层。在本发明的优选实施例中，使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的氮化钛(TiN)以形成集流体层。然后，使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成超级电容电极层。上述集流体层和超级电容电极层组合形成电极层。
去除电极层材料的步骤可以是这样的：使用光刻技术将电极层需要留下的部分区域用光刻胶图形化保护，其余不被保护的超级电容材料用反应离子刻蚀技术(RIE)刻蚀，并停止在介质层的顶层。刻蚀完成后使用等离子体或者湿法去胶去除光刻胶并用清洗液对刻蚀过程中产生的有机聚合物进行去除。
可以选择的是，在去除部分电极层材料之前，在电极层上形成保护层。例如在超级电容电极层上生长一层介质材料，如二氧化硅，厚度为10nm～2μm。本领域技术人员应该理解，这里使用的介质材料除了二氧化硅(SiO2)之外，还可以是以下至少一种：二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。在电极层上形成保护层的目的是更好的保护疏松的超级电容电极层表面。相应地，在去除部分电极层材料之后，可以去除保护层。例如，在电极的图形化工艺完成后，可以用CMP和/或者图形化刻蚀的办法将超级电容电极层表面的介质材料去除。采用保护层的工艺可实现电极层和微孔层之间没有间隙的结构(如图11中矩形虚线框处所示)，而现有的技术通常会在此处(或介质层与微孔层之间)形成间隙。与现有技术相比，这一优选方案可避免用于形成生物膜的磷脂等脂质材料在间隙处堆积，从而提升形成的生物膜的良率、质量和稳定性，且使得整个器件的表面更加平整，有利于液体流动的均匀性的提升，进一步提升形成生物膜的良率。
如图11所示，在步骤S140，在介质层和电极层上形成微孔层。然后，在步骤S150，在微孔层中形成微孔，所述微孔从微孔层的顶部贯穿至覆盖金属层的顶部的电极层的顶部，并且其中，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
微孔层及其中微孔的形成方法如下。
在电极层和介质层上利用旋涂或者贴膜的办法形成一层有机材料层，再用例如光刻或者刻蚀的办法对微孔的区域进行图形化以去除电极区域的部分微孔层有机材料，由此形成微孔。根据本发明的一个优选实施例，微孔层材料为SU8和PBO。本领域技术人员应该理解，这里的微孔层材料也可以是上文提到的其他材料。微孔层有机材料的厚度为0.2～10μm。图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
微孔层也可以用压印的办法来形成，即将已经图形化的有机材料微孔层直接转印到所述电极层和介质层上。
此外，如果在步骤S130，没有将电极层上可选的用作保护层的介质材料去除，则可以在步骤S140和S150的微孔层及其微孔形成后，使用刻蚀/腐蚀的办法将电极层上的介质材料去除，以暴露出电极。
尽管没有通过附图来示出，但本领域技术人员应该认识到，本公开同样提供了一种针对本发明第二实施例的微孔阵列的制备方法。该方法尽管大体上与图7-11相类似，但区别点或者额外的步骤在于，在第一实施例的基础上，形成微孔层的步骤细分为分别形成微孔层下层以及在微孔层下层之上形成微孔层上层(参见图3)。如图3所示，在微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
此外，在一个优选实施例中，在微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图7-11所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第二实施例。
尽管没有通过附图来示出，但本领域技术人员应该认识到，本公开同样提供了一种针对本发明第三实施例的微孔阵列的制备方法。该方法尽管大体上与图7-11相类似，但区别点或者额外的步骤在于，在微孔的内圈形成由电极层边缘部分覆盖介质层而形成的凸起结构，所述凸起结构高于介质层的顶部，但低于微孔层的顶部(参见图4)。
此外，在一种优选实施例中，微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图7-11所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第三实施例。
图12是根据本公开第四实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的流程图。如图12所示，在根据本申请第四实施例的测序芯片的微孔阵列的结构的制备方法中，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：
在步骤S210，提供ASIC衬底，其中，在ASIC衬底之上分别形成金属层和钝化层。
在步骤S220，在钝化层和金属层之上形成电极层，其中，暴露出所述钝化层的顶部的部分区域。
在步骤S230，在电极层的顶部和暴露出的钝化层的顶部的部分区域之上形成第一介质层。
在步骤S240，在第一介质层之上形成第二介质层。
在步骤S250，在第二介质层之上形成微孔层。
在步骤S260，贯穿所述微孔层、所述第二介质层和所述第一介质层形成微孔，暴露出电极层的顶部的部分区域。
在步骤S270，通过去除第一介质层的材料，使得所述微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。
图13-17是根据本公开实施例的测序芯片的微孔阵列的制备方法的具体示意图。
如图13所示，在步骤S210，在提供的ASIC衬底之上形成顶层金属层和钝化层，通常此步骤在半导体代工厂已经完成。
在一个优选实施例中，在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，使用化学机械抛光(CMP)技术或类似平坦化技术对衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。此步骤可以选择跳过。
如图14所示，在步骤S220，在钝化层和金属层之上形成电极层，其中，暴露出所述钝化层的顶部的部分区域。
形成电极层的步骤可以包括：使电极层材料完全覆盖所述钝化层和所述金属层的顶部；以及去除部分电极层材料，暴露出钝化层的顶部的一部分。
更具体地，形成电极层的步骤进一步包括：在金属层和钝化层上形成集流体层；然后，在集流体层上形成超级电容电极层。
例如，首先使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的氮化钛(TiN)以形成集流体层。然后，使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成超级电容电极层。上述集流体层和超级电容电极层组合形成电极层，使用光刻技术将电极层需要留下的部分区域用光刻胶图形化保护，其余不被保护的电极层用反应离子刻蚀技术(RIE)刻蚀，并停止在钝化层的顶层。刻蚀完成后使用等离子体或者湿法去胶去除光刻胶并用清洗液对刻蚀过程中产生的有机聚合物进行去除。
仍参看图14，在步骤S230，在电极层的顶部和暴露出的钝化层的顶部的部分区域之上形成第一介质层。
举例来说，在电极的图形化工艺完成后，在例如氮氧化钛的超级电容层上生长第一介质层，如二氧化硅(SiO2)，厚度为0.1μm～10μm，优选为1～8μm，更优选的厚度是1～3μm。优选地，可以用化学机械抛光(CMP)工艺对第一介质层的氧化层进行磨抛，使第一介质层的上表面平整。本领域技术人员应该认识到，这里的第一介质层的材料也可以选用其他合适的材料，如二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)等。
如图15所示，在步骤S240，在第一介质层之上形成第二介质层。在第一介质层上生长的第二介质层需要有不同于第一介质层的针对某种腐蚀/刻蚀工艺的不同的刻蚀速率，如采用SiN、非晶硅、PI等材料。SiN、非晶硅通常使用PECVD技术来沉积，PI通常用旋涂或者贴膜的技术生长到衬底上，厚度为0.2～10μm。
如图16所示，在步骤S250，在第二介质层之上形成微孔层。例如，在第二介质层上利用旋涂或者贴膜的办法形成一层有机材料层作为微孔层，厚度为0.2～10μm。
在步骤S260，贯穿微孔层、第二介质层和第一介质层形成微孔，暴露出电极层的顶部的部分区域。可以对所述微孔的区域进行图形化以去除部分微孔层、部分第一介质层、部分第二介质层的材料。例如，使用光刻的方法定义出需要刻蚀的微孔区域，再将微孔区域的有机材料和第一介质层和第二介质层一起刻蚀，形成微孔结构。刻蚀完成后使用等离子体或者湿法去胶去除光刻胶并用清洗液对刻蚀过程中产生的有机聚合物进行去除，刻蚀停止在电极层的表面。图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
如图17所示，在步骤S270，通过去除第一介质层的材料，使得微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。可以在微孔层形成后，使用刻蚀/腐蚀的办法对电极进一步处理，以使电极完全暴露，并且第一介质层的开口增大，以暴露更多的电极层。在本实施例中，微孔层的有机材料为SU8或者PBO，厚度约为0.2μm-10μm，孔径约为0.5μm-10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图7-11所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第四实施例。
尽管没有通过附图来示出，但本领域技术人员应该认识到，本公开同样提供了一种针对本发明第五实施例的微孔阵列的制备方法。该方法尽管大体上与图12-17相类似，但区别点或者额外的步骤在于，在第四实施例的基础上，形成微孔层的步骤细分为分别形成微孔层下层以及在微孔层下层之上形成微孔层上层(参见图6)。如图6所示，在微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
此外，在一个优选实施例中，在微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，在微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
尽管这里未详细说明，但本领域技术人员应该理解，除非结构上有变化且特别说明，在结合图7-11所示的第一实施例中所说明的优选实施方式也都适用于第五实施例。
本发明的实施方式并不限于上述实施例所述，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。

Claims (47)

1.一种微孔阵列，其特征在于，所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：
ASIC衬底；
金属层，位于所述ASIC衬底之上；
钝化层，位于所述ASIC衬底之上；
介质层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述钝化层的顶部，并且覆盖所述金属层的顶部的部分区域；
电极层，位于所述金属层和所述介质层之上，覆盖所述金属层的顶部未覆盖介质层的区域以及所述介质层的顶部的部分区域；
微孔层，位于所述介质层和所述电极层之上，
其中，在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至覆盖所述金属层的顶部的所述电极层的顶部，并且其中，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
2.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔的截面尺寸为0.5～10μm，贯穿深度为0.2～10μm。
3.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，所述介质层的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
4.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，所述电极层包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。
5.根据权利要求4所述的微孔阵列，其特征在于，所述集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。
6.根据权利要求4所述的微孔阵列，其特征在于，所述超级电容电极层的材料包括在所述集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。
7.根据权利要求5或6所述的微孔阵列，其特征在于，所述过渡金属包括Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔层的材料包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
9.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，在所述微孔层与所述电极层之间没有间隙。
10.根据权利要求1所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔层包括：
微孔层下层；
微孔层上层，位于所述微孔层下层之上，
其中，在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
11.根据权利要求10所述的微孔阵列，其特征在于，
在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，
在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，
所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
12.一种微孔阵列，其特征在于，所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：
ASIC衬底；
金属层，位于所述ASIC衬底之上；
钝化层，位于所述ASIC衬底之上；
介质层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述钝化层的顶部，并且覆盖所述金属层的顶部的部分区域；
电极层，位于所述金属层和所述介质层之上，覆盖所述金属层的顶部未覆盖介质层的区域以及所述介质层的顶部的部分区域；
微孔层，位于所述介质层之上，
其中，在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层，并且其中，在所述微孔的内圈形成由电极层边缘部分覆盖介质层而形成的凸起结构，所述凸起结构高于所述介质层的顶部，但低于微孔层的顶部。
13.根据权利要求12所述的微孔阵列，其特征在于，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
14.一种微孔阵列的制备方法，其特征在于，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：
提供ASIC衬底；
在ASIC衬底上形成金属层；
在ASIC衬底上形成钝化层；
在所述金属层和所述钝化层上形成介质层，其中，暴露出所述金属层的顶部的部分区域；
在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成电极层；
在所述介质层和所述电极层上形成微孔层；
在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至覆盖所述金属层的顶部的所述电极层的顶部，并且其中，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，对所述ASIC衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的形成电极层的步骤进一步包括：
使电极层材料覆盖所述介质层和暴露出的所述金属层的顶部的部分区域；以及
去除部分电极层材料，暴露出介质层的顶部的一部分。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在去除部分电极层材料之前，在所述电极层上形成保护层；以及
在去除部分电极层材料之后，去除所述保护层。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述保护层包括介质材料，在所述电极层上生长，厚度为10nm～2μm。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述保护层的介质材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的形成介质层的步骤进一步包括：
使用PECVD、旋涂或者贴膜方式形成所述介质层，厚度为0.1～10μm；
通过去除不需要的介质材料，暴露出所述金属层的顶部的部分区域。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的形成电极层的步骤进一步包括：
在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成集流体层；和
在所述集流体层上形成超级电容电极层。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的TiN以形成所述集流体层；和
使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成所述超级电容电极层。
23.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的形成微孔层的步骤包括使用旋涂、贴膜形成一层有机材料层作为微孔层，厚度为0.2～10μm；所述的在所述微孔层中形成微孔的步骤包括对所述微孔的区域进行图形化以去除部分微孔层材料，图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述的形成微孔层和形成微孔的步骤包括：使用压印的方法将已经图形化的微孔层转印到所述电极层和介质层上。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述微孔层的材料为SU8或PBO。
26.一种微孔阵列的制备方法，其特征在于，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：
提供ASIC衬底；
在ASIC衬底上形成金属层；
在ASIC衬底上形成钝化层；
在所述金属层和所述钝化层上形成介质层，其中，暴露出所述金属层的顶部的部分区域；
在所述介质层的顶部的部分区域以及暴露出的所述金属层的顶部的部分区域上形成电极层；
在所述介质层上形成微孔层；
在所述微孔层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部，所述微孔的侧壁从上至下分别是微孔层和电极层，并且其中，在所述微孔的内圈形成由电极层边缘部分覆盖介质层而形成的凸起结构，所述凸起结构高于所述介质层的顶部，但低于微孔层的顶部。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
28.一种微孔阵列，其特征在于，所述微孔阵列的每个微孔结构单元包括：
ASIC衬底；
金属层，位于所述ASIC衬底之上；
钝化层，位于所述ASIC衬底之上；
电极层，位于所述金属层和所述钝化层之上，完全覆盖所述金属层的顶部，并且覆盖所述钝化层的顶部的部分区域；
第一介质层，位于所述钝化层和所述电极层之上，覆盖所述电极层的顶部的部分区域；
第二介质层，位于第一介质层之上；
微孔层，位于所述第二介质层之上，
其中，在所述微孔层、第二介质层和第一介质层中形成微孔，所述微孔从所述微孔层的顶部贯穿至所述电极层的顶部，并且其中，所述微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。
29.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔在微孔层中的截面尺寸不小于在第二介质层中的截面尺寸。
30.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，在所述微孔层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
31.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层的材料包括以下至少一种：二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)、氮化硅(SiN)、二氧化锆(ZrO2)、三氧化二铝(Al2O3)、聚酰亚胺(PI)。
32.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，所述电极层包括集流体层和集流体层之上的超级电容电极层。
33.根据权利要求32所述的微孔阵列，其特征在于，所述集流体层的材料包括以下至少一种：过渡金属薄膜、过渡金属氮化物薄膜、过渡金属与其氮化物的复合薄膜。
34.根据权利要求32所述的微孔阵列，其特征在于，所述超级电容电极层的材料包括在所述集流体层上形成的过渡金属的氮氧化物薄膜。
35.根据权利要求33或34所述的微孔阵列，其特征在于，所述过渡金属包括Ti、V、Ta、Mo、Hf中的至少一种。
36.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔层的材料包括以下材料中的至少一种：聚对二甲苯(Pyralene)、特氟龙(Teflon)、环烯烃类共聚物(COC)、类金刚石膜(DLC)、聚亚酰胺(PI)、环氧型光刻胶(SU8)、聚对苯撑苯并二噁唑光刻胶(PBO)。
37.根据权利要求28所述的微孔阵列，其特征在于，所述微孔层包括：
微孔层下层；
微孔层上层，位于所述微孔层下层之上，
其中，在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸大于在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸。
38.根据权利要求37所述的微孔阵列，其特征在于，
在所述微孔层上层形成的微孔的截面尺寸为0.5～20μm，
在所述微孔层下层形成的微孔的截面尺寸为0.5～10μm，
所述微孔的贯穿深度为0.2～10μm。
39.一种微孔阵列的制备方法，其特征在于，通过以下步骤形成所述微孔阵列的每个微孔结构单元：
提供ASIC衬底；
在ASIC衬底上形成金属层；
在ASIC衬底上形成钝化层；
在所述金属层和所述钝化层上形成电极层，其中，暴露出所述钝化层的顶部的部分区域；
在所述电极层的顶部以及暴露出的所述钝化层的顶部的部分区域上形成第一介质层；
在所述第一介质层上形成第二介质层；
在所述第二介质层上形成微孔层；
贯穿所述微孔层、所述第二介质层和所述第一介质层形成微孔，暴露出电极层的顶部的部分区域；
通过去除第一介质层的材料，使得所述微孔在第一介质层中的截面尺寸大于在第二介质层中的截面尺寸。
40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：在提供ASIC衬底以及形成金属层和钝化层之后，对所述ASIC衬底顶部的金属层和钝化层表面进行平坦化。
41.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述的形成电极层的步骤进一步包括：
使电极层材料完全覆盖所述钝化层和所述金属层的顶部；以及
去除部分电极层材料，暴露出钝化层的顶部的一部分。
42.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述的形成第一介质层的步骤进一步包括：在电极层上生长第一介质层，厚度为1～8μm。
43.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述的形成第二介质层的步骤进一步包括：
使用PECVD、旋涂或者贴膜方式在第一介质层上形成第二介质层，厚度为0.2～10μm。
44.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述的形成电极层的步骤进一步包括：
在所述金属层和所述钝化层上形成集流体层；和
在所述集流体层上形成超级电容电极层。
45.根据权利要求44所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为10nm～4μm的TiN以形成所述集流体层；和
使用磁控溅射的方式沉积形成厚度为40nm～4μm的氮氧化钛以形成所述超级电容电极层。
46.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，所述的形成微孔层的步骤包括使用旋涂、贴膜形成一层有机材料层作为微孔层，厚度为0.2～10μm；所述的贯穿所述微孔层、所述第二介质层和所述第一介质层形成微孔的步骤包括对所述微孔的区域进行图形化以去除部分微孔层、部分第一介质层、部分第二介质层的材料，图形化的微孔截面尺寸为0.5～10μm。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述微孔层的材料为SU8或PBO。
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