具有增大的受光照强度的晶体管光镊及微流体设备

技术领域

本发明涉及用于基于光电晶体管的光镊装置，具体涉及具有增大的受光照强度的晶体管光镊装置以及包含该晶体管光镊装置的微流体设备。

背景技术

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的典型结构是在上下两个电极之间设置微流体通道，其中上电极通常是镀有氧化铟锡（ITO）的玻璃板，下电极为金属电极，其上设置有光电晶体管阵列以替代普通光电层。当图案化的光照射在光电晶体管阵列上的特定区域时，被激活的晶体管允许电流通过，从而在微流体通道形成非均匀电场，产生能够操纵微物体的介电泳（DEP）力。

DEP力的大小受制于被控微物体的体积和其所处的介质等因素。对于给定的待测物质，提高光电晶体管的受光照强度和/或受光照面积，可得到更大的光生电流，从而有利于建立更显著的非匀强电场，藉以产生更大的DEP操纵力。

CN 107223074 B公开了一种晶体管光镊及其微流体装置，每个晶体管结构包含横向晶体管和纵向晶体管，在每个晶体管结构中，P型基区包围N型发射区，N型集电区包围P型基区，并且基区与集电区均包括横向部分和纵向部分，相比于仅有纵向晶体管的光镊，在相同光强下，同时产生横向电流和纵向电流，额外的横向晶体管据称增加了所产生电流的强度，从而允许更稳健地控制微物体。

然而，这种晶体管结构制造工艺复杂，特别是基区与集电区的横向部分的控制需要非常精确，否则容易导致不能正常产生横向电流，甚至整个晶体管无法正常工作。

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。

发明内容

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由阵列式分布的光电晶体管构成，每个光电晶体管之间通过第一绝缘元件相互物理地隔离，每个光电晶体管包括由衬底支撑的集电区、基区和发射区；设置在第一电极和光电晶体管阵列之间的微流体通道，其中，对于每个光电晶体管，其发射区包括至少两个子发射区，子发射区至少部分地由所述基区物理地隔离，并且所述至少两个子发射区具有共同的基区和集电区。

在一些实施方式中，所述基区包括横向部分和由横向部分延伸出的纵向部分，所述横向部分延伸至第一绝缘元件，所述纵向部分包括第一纵向部分，所述第一纵向部分由基区的横向部分延伸至第二绝缘元件并且至少部分地将子发射区物理地隔离。在一些实施方式中，至少一个子发射区由基区的横向部分、基区的第一纵向部分和所述第一绝缘元件物理地隔离。

在一些实施方式中，所述纵向部分包括抵接并沿至少一个所述第一绝缘元件延伸的第二纵向部分，所述第二纵向部分与所述第一纵向部分间隔开。在一些实施方式中，至少一个子发射区由基区的横向部分、基区的第一纵向部分和基区的第二纵向部分物理地隔离。

在一些实施方式中，所述第一纵向部分包括多个相互平行和/或垂直的第一纵向部分。在一些实施方式中，至少一个子发射区仅由基区的横向部分和基区的第一纵向部分物理地隔离。

在一些实施方式中，每个子发射区均由基区包围但至少部分地暴露于所述微流体通道。

在一些实施方式中，所述第一纵向部分具有第一宽度，所述第二纵向部分具有第二宽度，所述第一宽度和所述第二宽度独立地为约100 nm至约1,000 nm。在一些实施方式中，每个所述第一纵向部分的宽度独立地为约100 nm至约1,000 nm。

在一些实施方式中，每个子发射区包括第一掺杂区和第二掺杂区，所述第一掺杂区的掺杂浓度高于所述第二掺杂区的掺杂浓度。在一些实施方式中，所述第一掺杂区的掺杂浓度为约10

在一些实施方式中，每个光电晶体管的发射区包括三、四个、六个、八个或九个子发射区。在一些实施方式中，每个光电晶体管的发射区包括四个子发射区。在一些实施方式中，每个子发射区具有实质性相等的体积。在一些实施方式中，每个子发射区具有不实质性相等的体积。

在一些实施方式中，每个光电晶体管的集电区横向延伸至所述第一绝缘元件并且不具有纵向延伸。

在一些实施方式中，每个光电晶体管以约5微米至约20微米的间距间隔开。在一些实施方式中，每个光电晶体管的所有子发射区以均等或非均等的方式分隔所述间距。

在一些实施方式中，所述第一电极为镀有导电膜的玻璃板。在一些实施方式中，所述导电膜是氧化铟锡镀膜。在一些实施方式中，所述第二电极为金属电极。在一些实施方式中，所述金属电极是金电极。

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。在一些实施方式中，所述导电介质的电导率为约1至约10 mS/cm。在一些实施方式中，所述导电介质为细胞培养液或生理溶液。在一些实施方式中，所述细胞培养液或生理溶液包含细胞。在一些实施方式中，所述细胞是杂交瘤细胞。

本发明的另一个方面提供一种微流体设备，其包括本发明所述的任一晶体管光镊。在一些实施方式中，所述微流体设备还包括控制系统、光图案生成系统和图像采集系统。

本发明通过提供基区的纵向延伸部分，一方面纵向延伸部分的存在使得基区更靠近光束，因而基区的受光照强度更大，在相同照射光强下，相比于不具有纵向部分的基区，本发明的基区能接受到更多光子。另一方面，绝缘覆盖层的透光率通常优于覆盖在基区上的发射区的透光率，纵向部分也因此能够接收到更多光子。因此，该晶体管结构在不改变照射光束的光强或晶体管的窗口尺寸的情况下实现了更大的光生电流，从而能够产生更大的DEP力，方便微流体通道中微物体的操纵。此外，相对于未分割的发射区而言，多个子发射区的存在使得受光照而产生的不均匀电场的分布更密集、更均匀，从而更有利于对微物体的操控。

附图说明

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。

图1A显示根据本发明的一个实施方式的光镊装置的局部剖视图。

图1B显示了图1A所示光镊装置的局部俯视图。

图1C展示该晶体管阵列的局部透视图。

图1D展示包含该光镊装置的微流体设备的示意图。

图2 A显示根据本发明的另一个实施方式的光镊装置的晶体管阵列的局部剖视图。

图2B显示图2A所示的晶体管阵列的局部俯视图。

图3显示根据本发明的另一个实施方式的光镊装置的晶体管阵列的局部剖视图。

图4显示根据本发明的另一个实施方式的光镊装置的晶体管阵列的局部剖视图。

图5显示根据本发明的一个实施方式的制造晶体管阵列的方法的流程图。

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108a、108b、108c和108d代表元件108的四个重复。102、202、302、402 - 第一掺杂区；104、204、304、404 - 第二掺杂区；105、205、305 - 发射区；106、206、306、406 - 基区；108、208、308、408 - 集电区；110、210、310、410 - 衬底；112、212、312、412 - 绝缘覆盖层；114 - 导电镀层；116 - 第二电极；118- 细胞；120、220、320、420 - 第一绝缘元件；122 - 微流体通道；124 - 第一电极；126 -光电晶体管；128 - 第一电极板；140、240、340、440 - 第二绝缘元件；142、242、342、442 -第一纵向部分；144、146、244、246 - 第二纵向部分；150、250、350、450 - 横向部分；148、248、348、448 - 绝缘阻挡件；130 - 光图案生成装置；132 - 图像采集装置；134 - 计算机系统；136 - 微流体设备；138 - 控制系统。W、L表示尺寸。N+、N-、P表示掺杂类型和掺杂水平。x、y、z表示坐标。

具体实施方式

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。

图1A示意性示出了根据本发明的一个实施方式的光镊装置的局部剖视图。该光镊装置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。交流电AC可以是方波形、正弦波形或三角波形。第一电极124还可以是本领域已知的其他合适的ITO玻璃替代品，例如AZO或GZO玻璃。第二电极116在该实施例中为金属电极。合适的金属电极包括金、银、铂、钯、铱等贵金属；铜、锡、锑、铁、钴、镍、铬、钛、锰等金属；或铂钡、钯钡、铱钨铼、铱钡锇等合金。在该实施例中，第二电极116是金电极。

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、118c和118d，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。微流体通道122通常由高分子材料制成，例如PMMA、PC、PS、PP、PE、PDMS等，或者通过光固化剂制成。微流体通道122的高度通常为微米级，例如20至50微米。

阵列式晶体管结构包括呈阵列式排布的多个晶体管126。第一绝缘元件120将各个晶体管126物理地隔开，从而实现各个晶体管126之间的电绝缘。图中所示为由两个相同的第一绝缘元件120a、120b物理隔开的三个晶体管126。每个第一绝缘元件120a、120b分别由绝缘覆盖层112a、112b和绝缘阻挡件148a、148b（例如均由SiO

晶体管126的阵列可以是规则的或不规则的，但优选是规则的，例如每个晶体管126以正方体或长方体形式等距离间隔分布。当晶体管126的阵列是规则排布的晶体管126时，相邻晶体管126以距离L间隔开，该距离也被称为像素周期，它是相邻绝缘阻挡件148a和148b的纵向中心轴之间的距离。在该实施例中，L为约5至约20微米。绝缘阻挡件148的纵向深度要大于晶体管126的发射区105的厚度、基区106的厚度和集电区的厚度之和，例如比所述厚度之和大约10%至约30%。例如，绝缘阻挡件148的纵向深度可以为约2至约10微米。绝缘阻挡件148的宽度可以为约100 nm至约2,000 nm。晶体管126未被绝缘覆盖层112覆盖的部分称为窗口，该窗口的尺寸为约1至约20微米。如下所述，在本发明中，该窗口被子发射区均匀或非均匀地分隔为相应数量的子窗口。

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105。衬底层110位于晶体管126的底部，其与第二电极116直接电连接。衬底层110在该实施例中包含N型掺杂剂。衬底层110可以是重掺杂区。例如，衬底层110的掺杂浓度为约10

集电区108横向延伸至绝缘阻挡件148并在两端分别抵接相邻的绝缘阻挡件148a和148b。集电区108设置在衬底层110与第二电极116相对的一侧。集电区108可具有N型掺杂。相对于衬底层110，集电区108可以是轻掺杂区。例如，集电区108的掺杂浓度为约10

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。

基区106设置在集电区108与衬底层110相对的一侧，在该实施例中，基区106包含P型掺杂剂。合适的掺杂浓度可以为约10

发射区105设置于基区106与集电区相对的一侧。发射区105的上表面构成晶体管126的上表面并暴露于微流体通道122，与第一电极124的ITO导电镀层114相对。衬底层110的下表面构成晶体管126的下表面，并电连接至第二电极116。当图案化的光束照射在晶体管126上时，光束穿透发射区105到达基区106，产生光电效应而导通晶体管126。

在该实施例中，发射区105包括第一掺杂区102和第二掺杂区104，其中第二掺杂区104与基区106邻接，第一掺杂区102设置在第二掺杂区104之上，并且第一掺杂区102的至少一部分直接面对第一电极124的ITO导电镀层114。绝缘覆盖层112至少部分地覆盖第一掺杂区102。第一掺杂区102和第二掺杂区104各自横向且平行地延伸至相邻绝缘阻挡件148a和148b。第一掺杂区102和第二掺杂区104具有相同的掺杂类型，并且第一掺杂区102具有比第二掺杂区104更大的掺杂浓度。例如，第一掺杂区102和第二掺杂区104均包含N型掺杂剂，第一掺杂区102是重掺杂区N+，而第二掺杂区104是轻掺杂区N-。当第一掺杂区102和第二掺杂区104均包含P型掺杂剂时，第一掺杂区102是重掺杂区P+，而第二掺杂区104是轻掺杂区P-。第一掺杂区102的掺杂浓度可以是第二掺杂区104的掺杂浓度的约10至约10

在本文中，术语横向、纵向、垂向分别对应参考图1中所示的xyz坐标系中的y、z和x方向。术语横向、纵向、垂向在本文中仅在其相对意义上使用，并且仅为表述方便使用，即被描述为横向的元件也可以被描述为纵向或垂向，相应地，被描述为纵向和垂向的元件被描述为横向，依此类推。

在该实施例中，基区106包括横向部分150，其横向延伸至相邻的绝缘阻挡件148a和148b并与两者抵接。基区106还包括由横向部分150延伸出的纵向部分142、144、146。纵向部分142、144、146包括第一纵向部分142，其由横向部分150延伸至第二绝缘元件140。第二绝缘元件140与第一绝缘元件120可由相同或不同的电绝缘材料制成，例如均由SiO

在该实施例中，基区106还包括第二纵向部分144和146，第二纵向部分144和146分别由横向部分150沿第一绝缘元件120的绝缘阻挡件148a和148b延伸至第一绝缘覆盖层112a和112b。第二纵向部分144和146分别被第一绝缘覆盖层112a和112b覆盖，并且第一绝缘覆盖层112a和112b还至少部分地覆盖第一掺杂区102。第二纵向部分144和146在纵向上分别抵接绝缘阻挡件148a和148b，从而将发射区105与绝缘阻挡件148a和148b物理地隔离。因此，发射区105被基区106的第一纵向部分142以及第二纵向部分144和146物理地分隔为至少两个子发射区，即由第一掺杂区102a和第二掺杂区104a构成的第一子发射区105a，以及由第一掺杂区102b和第二掺杂区104b构成的第一子发射区105b。每个子发射区105a和105b被基区106的第一和第二纵向部分142、144、146包围，仅子发射区105a和105b的第一掺杂区102a和102b的一部分暴露于微流体通道122。如下文所述，子发射区的数量和结构可以变化，并且至少部分地取决于基区的第一和第二纵向部分的数量和布置。

第一纵向部分142具有第一宽度W1，第二纵向方向144具有第二宽度W2，第二纵向方向146具有第三宽度W3。第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3具有相同或不同的数值。在该实施例中，第二宽度W2和第三宽度W3可以实质性相等。例如，第二宽度W2与第三宽度W3的比率为约1:10至约10:1，或约1:5至约5:1，或约1:3至3:1，或约1:1.5至1.5:1，或约1:1.2至约1.2:1，或约1:1。第一宽度W1可以小于或等于第二宽度W2或第三宽度W3。例如，第一宽度W1与第二或第三宽度W2或W3的比率为约1:1至约1:10，或约1:1至约1:8，或约1:1至约1:6，或约1:1至约1:4，或约1:1至约1:3，或约1:1。

例如，第一宽度W1、第二宽度W2和第三宽度W3独立地为约100 nm至约1,000 nm，例如为约100 nm至约800 nm，或约100 nm至约600 nm，或约100 nm至约400 nm，或约100 nm至约200 nm，或约200 nm至约1,000 nm，或约200 nm至约800 nm，或约200 nm至约600 nm，或约200 nm至约400 nm，或约400 nm至约1,000 nm，或约400 nm至约800 nm，或约400 nm至约600 nm，或约600 nm至约1,000 nm，或约600 nm至约800 nm，或约800 nm至约1,000 nm。

参考图1B，其显示了图1A所示光镊装置的局部俯视图（为清楚起见，去除了第一电极124）。虚线显示被第一绝缘覆盖层112和第二绝缘元件140覆盖的基区106，为简要起见，图中仅显示了其中两个晶体管的基区。如图所示，基区106包括两个在横向与垂向上相互垂直且交叉的第一纵向部分142a和142b，以及第二纵向部分144和146。第一和第二纵向部分共同将发射区物理地分隔为四个子发射区，分别显示为第一掺杂区102a、102b、120c和102d。在该实施例中，第一纵向部分142a和142b具有相等的宽度W1。在其他实施例中，第一纵向部分142a和142b可以具有不等的宽度。

图1C显示了图1A所示结构的光电晶体管126构成的阵列式光电晶体管的局部剖视图。图1D显示了包含图1A所示结构的光电晶体管126构成的光镊装置的微流体设备136的一部分的示意图。该微流体设备136包括光镊装置以及控制系统138。控制系统138通常包括计算机系统134以及与计算机系统134通信连接的图像采集装置132和光图案生成装置130。图像采集装置132用于采集微流体通道和/或微孔的图像，例如是带有CCD芯片的摄像头。光图案生成装置130用于产生图案化的光束，激发晶体管。光束的强度可以为约0.1W/cm

该实施例由基区106的横向部分150延伸出一个或多个纵向部分142、144、146，将发射区105物理地隔离为多个子发射区105a、105b，这些子发射区共享基区106和集电区108。一方面，纵向部分142、144、146由横向部分150延伸至绝缘覆盖层112、140，因而更靠近光束，受光照强度更大，在相同照射光强下，相比于不具有纵向部分的基区，该实施例的基区106能接受到更多光子。另一方面，构成绝缘覆盖层112、140的材料（例如是SiO

图2A显示了根据本发明的另一个实施方式的光镊装置中的晶体管阵列的局部剖视图。图2B显示了该晶体管阵列的局部俯视图，为简要起见，图中仅以虚线示出其中一个窗口的基区206。图示的晶体管阵列与图1所示实施例类似，区别在于基区206的第一纵向部分的数量更多。在所示实施例中，第一纵向部分的数量为4个，分别为第一纵向部分242a、242b、242c和242d，其中第一纵向部分242a、242b同向平行且垂直相交于同向平行的第一纵向部分242c、242d。第一纵向部分242a、242b、242c和242d与第二纵向部分248a、248b、248c和248d一起共同将发射区205物理地分隔为九个子发射区，分别显示为第一掺杂区102a至102h。四个第一纵向部分的宽度分别为W1a、W1b、W1c和W1d，可以相等或不等。宽度W1a、W1b、W1c和W1d分别独立地为约100 nm至约1,000 nm。第二纵向部分的宽度W2、W3、W4、W5独立地为约100 nm至约1,000 nm，且及其比率关系参考如前W2与W3的关系所述。W1a至W1d与W2或W3或W4或W5的比率关系参考如前W1与W2或W3的关系所述。

可以预见，第一纵向部分的数量和方向可以变化。例如，第一纵向部分可以为两个、三个、四个或更多，它们可以是同向的或异向的，并且可以是成角度的、平行的或垂直的。例如，第一纵向部分可为两个同向平行的纵向部分，因而与第二纵向部分一起将发射区分隔为三个子发射区。这三个子发射区可以是等体积的。并且，这三个子发射区可以是长方体。又例如，第一纵向部分的数量为三个，其中两个同向平行，另一个与它们垂直相交，从而与第二纵向部分一起将发射区分隔为六个子发射区。这六个子发射区可以是等体积的。并且，这六个子发射区可以是正方体。本领域技术人员还可以预期到，可以呈角度的方式设置多个第一纵向部分，从而获得非矩形截面的发射区。本领域技术人员还可以预期到，子发射区的数量可以为奇数。

图3显示了根据本发明的另一个实施方式的光镊装置中的晶体管阵列的局部剖视图。图示的晶体管阵列与图1所示实施例类似，区别在于基区306包括横向部分350和第一纵向部分342，但不包括沿绝缘阻挡件348延伸至绝缘覆盖层312的至少一个第二纵向部分。在该实施例中，基区306的横向部分350横向延伸并抵接至沿绝缘阻挡件348a、348b。至少一个子发射区的一端抵接绝缘阻挡件348。因此，基区306的第一纵向部分342与第一绝缘元件320一起将发射区305物理地隔离成至少两个子发射区305a和305b。如前所述，每个子发射区可由第一掺杂区302a或302b和第二掺杂区304a或304b构成。因此，至少一个子发射区被基区306的横向部分350、第一纵向部分342和第一绝缘元件320的绝缘阻挡件348物理地隔离，仅第一发射区302a、302b的一部分暴露于微流体通道。

可以预见的是，基区306可以不包括任何第二纵向部分，即在任一方向都不包括沿绝缘阻挡件348延伸至绝缘覆盖层312的纵向部分，或者基区306可以在一个或多个方向上包括第二纵向部分，使得至少一个子发射区被基区306的横向部分350、第一纵向部分342和第一绝缘元件320的绝缘阻挡件348物理地隔离，并且至少一个子发射区被基区306的横向部分350、第一纵向部分342和第二纵向部分物理地隔离。还可以预见的是，第一纵向部分342的数量、方向和排布方式可以如前所述地变化，从而改变子发射区的数量、体积和排布。

图4显示了本发明的另一个实施方式的光镊装置中的晶体管阵列的局部剖视图。图示的晶体管阵列与图3所示实施例类似，区别在于基区406的第一纵向部分的数量更多。在所示实施例中，第一纵向部分的数量为2个，分别为442a、442b。第一纵向部分442a、442b同向平行且沿垂向延伸至绝缘阻挡件448。第一纵向部分442a、442b与第一绝缘元件420a、420b以及基区406的横向部分350一起将发射区405物理地分隔为三子发射区405a、405b和405c。在该实施例中，至少一个子发射区405b被基区406的横向部分450和第一纵向部分442a、442b物理地隔离，至少两个子发射区405a、405c被基区406的横向部分450、第一纵向部分442a或442b以及第一绝缘元件420a或420b物理地隔离。可以预见，第一纵向部分442的数量、方向和排布方式可以如前所述地变化，从而改变子发射区的数量、体积和排布。

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5示意性显示了制造本发明的光电晶体管的方法500。

方法500包括步骤502，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。

在步骤504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504后获得的半导体材料包含掺杂衬底层和集电极掺杂层。

步骤506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SiO

进一步地，在步骤508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，以符合本发明对于两者厚度的要求。

在步骤510中，通过离子注入在基极掺杂层中形成多个子发射极掺杂层，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厚度的要求。

值得注意的是，虽然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。

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。