随着微电子技术的发展,工艺特征尺寸不断下降,表面张力在MEMS器件中的应用日益重要。利用表面张力实现液滴驱动成为微流控技术的一个重要分支,基于EWOD(Electrowetting on dielectric,介质上电润湿效应)的数字微流控技术即为其中一种重要的实现方法。鉴于其与传统IC芯片的系统集成的应用需求,有效地降低数字微流控器件的工作电压,兼顾与IC工艺的兼容性,成为一个亟待解决的难题。论文研究了一种基于电压极性相关EWOD的单平面电极阵列结构的数字微流控器件。创新地采用了一种新型的高K介质材料,设计了新型的器件结构,不仅有效降低了器件的工作电压,而且整个制作工艺流程与IC完全兼容。根据表面张力驱动液体的基本原理,论文比较分析了表面修饰对固-液接触角的影响。在理论推导的基础上,论文研究了不同介质材料的电润湿现象,最终选定一种高K(K=7.6-11.6)的铁电材料P(VDF-TrFE)作为器件中关键的绝缘介质层。在30V的外加电压下,液滴的接触角从118°下降到75°,足以驱动液滴。论文研究了以P(VDF-TrFE)为介质层的微流控器件的介质上电润湿效应,观察到电压极性相关的电润湿现象。利用该效应,微流控器件的工作电压最低可降至15V。根据研究发现的“电压极性相关的电润湿现象”,创新地设计了新型的单平面电极阵列结构的数字微流控器件,实现了20V驱动电压下3μL PBS液滴的往返运输。论文还设计并制作了数字微流控器件的外围控制平台,实现了液滴移动的自动控制。