Exploratory study of CMOS integrated microfluidics mechanism for innovative 3D-LSI cooling system

创新3D-LSI冷却系统CMOS集成微流控机制的探索性研究

• 批准号: 17J04382
• 负责人: 岡本 有貴
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J04382/
• 关键词: 電気浸透流; 高電圧生成回路; LSI冷却; ゼータ電位計測

本年度では、集積化マイクロ流路冷却機構実現のために、マイクロポンプとして利用する電気浸透流の性能を定量的に評価する手法についての研究を行った。まず、電気浸透流を利用したマイクロポンプを動作させているときに急に流速が観測できなくなる(ポンプとして動作しなくなる)現象についてその原因を電気的に調査し、電気浸透流マイクロポンプの動作が行えている時は流路両端にも電位があり、常に流路内に一定の電界が存在し、液体が動作していることがわかった。一方、マイクロポンプの動作が停止した時は、全ての計測電極で0 V付近を示すようになり、不良動作の原因がマイクロ流路内に正しく電界が印加されていないためだと分かった。また、MEMS技術を応用し半導体プローブのように計測対象のウェハを上に置くことで表面電位(ζ電位)を計測できるようなセンサを開発した。これは、電気浸透流マイクロポンプとマイクロヒーターを含む流量センサをチップ内に集積した構造となっている。マイクロ流路は、SU-8エポキシレジストを用いて作製し、上部は計測するサンプルを置くことで封止して使用する。また、チップサイズは8 mm×8 mmとなっており、従来のζ電位計測器に比べ格段に小さくなっている。流路中心には、流速を計測するための抵抗型センサ・リファレンス用マイクロヒーターが配置されている。また、流路両端には電気浸透流を発生させるための電極が配置されている。流路上部に置かれたサンプルのζ電位に比例した電気浸透流の流速を、流量センサを用いて計測することでζ電位の測定を行う。市販のζ電位計測センサの結果と比較し、作製したセンサの出力が計測したサンプルにおいて、それぞれのζ電位と出力電圧が比例していることが示せた。

在这个财政年度，我们对方法进行了研究，该方法对用作微泵的电渗透流的性能进行了定量评估，以实现累积的微电路道路冷却机制。首先，当使用电渗透流的微泵运行时，无法观察到流速（不作为泵作为泵的运行），并且该原因是电气调查的，并且电渗透性MicroPP凸起的操作正在运行进行时，流动路径的两端也有一个潜力，发现流动路径中总是存在某个电场，并且液体在运行。另一方面，当微泵的操作停止时，所有测量电极显示该面积约为0 V，发现有缺陷的机动的原因是电场在微电流中未正确应用。此外，我们开发了一种传感器，可以通过应用MEMS技术并将测量的晶片放在顶部（例如半导体探针）来测量表面电势（ζ电位）。这是一种结构，其中包含电渗透微型泵和微加热器的流动传感器集成到芯片中。使用SU-8环氧梁制成微电流路径，并通过放置样品进行测量来密封并使用上部。另外，芯片尺寸为8 mm x 8 mm，比常规ζ电位测量仪器小得多。在流动路径的中心，有一个微加热器用于抗性传感器参考，以测量流速。在通道的末端，有一个用于产生电渗透的电极。 ζ电位测量是通过使用流动传感器的样品的ζ电位成比例地测量电渗透的流速度来进行的。与市售的ζ电位测量传感器的结果相比，有指示在通过生成的传感器输出测量的样品中，ζ电位和输出电压成正比。

项目成果

Stick-to-Analyze Zeta Potential Measurement Chip with Integrated Electroosmotic Micropump and Liquid Flow Sensor

具有集成电渗微型泵和液体流量传感器的坚持分析 Zeta 电位测量芯片

• 发表时间: 2019
• 作者: Yuki Okamoto;Koji Fujimoto;Hiroyuki Ryoson;Takayuki Ohba;Yoshio Mita
• 通讯作者: Yoshio Mita

High-uniformity centimeter-wide Si etching method for MEMS devices with large opening elements

• DOI: 10.7567/jjap.57.04fc03
• 发表时间: 2018-04-01
• 期刊: JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS
• 影响因子: 1.5
• 作者: Okamoto, Yuki;Tohyama, Yukiya;Mita, Yoshio
• 通讯作者: Mita, Yoshio

Cell-sensor interface analysis of a bio-hybrid electric odorant sensor

生物混合电气味传感器的细胞-传感器界面分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Daigo Terutsuki;Hidefumi Mitsuno;Takeshi Sakurai;Yuki Okamoto;Agnes Tixier-Mita;Hiroshi Toshiyoshi;Yoshio Mita;and Ryohei Kanzaki
• 通讯作者: and Ryohei Kanzaki

Progress and opportunities in high-voltage microactuator powering technology towards one-chip MEMS

• DOI: 10.7567/jjap.57.04fa05
• 发表时间: 2018-03
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Y. Mita;A. Hirakawa;B. Stefanelli;I. Mori;Y. Okamoto;S. Morishita;M. Kubota;E. Lebrasseur;A. Kaiser

A Review on Increasing of Breakdown Voltage of Standard CMOS LSI Circuits by MEMS Post-Process

MEMS后处理提高标准CMOS LSI电路击穿电压的研究进展

• DOI: 10.1541/ieejsmas.138.319
• 发表时间: 2018
• 期刊: IEEJ Transactions on Sensors and Micromachines
• 作者: Okamoto Yuki;Mita Yoshio
• 通讯作者: Mita Yoshio