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。

在今年，我们对一种定量评估电流流的性能的方法进行了研究，用于实现集成的微通道冷却机制。首先，我们研究了流速突然变得无法观察到的现象的原因（它停止作为泵操作），同时操作使用电流流的微型泵，并发现当微型泵运行时，流动路径的两端都有潜力，并且流动路径中总是有一个恒定的电场，并且液体在液体中运行。另一方面，当微泵停止操作时，所有测量电极显示接近0 V，发现有缺陷操作的原因是因为电场未正确应用于微通道。此外，通过应用MEMS技术，我们开发了一种传感器，可以通过将晶片放在顶部（例如半导体探针）上测量的晶片来测量表面电势（ζ电位）。这是一种结构，其中包括电流流微量泵和微热器的流动传感器集成到芯片中。微流通道是使用Su-8环氧抗体制成的，并通过放置要测量的样品来密封顶部。芯片尺寸为8 mm x 8 mm，其明显小于常规ζ电位测量仪器。一个用于电阻类型传感器的微调仪和参考是用于测量流道中心中流速的。此外，在流道的两端处置用于产生电流流的电极。通过使用流动传感器测量与放置在流动路径顶部的样品的ζ电位成比例的电流流的流速来测量ζ电位。与市售ζ电位测量传感器的结果相比，结果表明，测量了制备的传感器的输出，并且相应的ζ电位和输出电压与每个ζ电位成正比。

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

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

On-Chip High-Voltage Charge Pump With MEMS Post-Processed Standard 5-V CMOS on SOI for Electroosmotic Flow Micropumps

用于电渗流微型泵的片上高压电荷泵，采用 SOI 上 MEMS 后处理标准 5V CMOS

• DOI: 10.1109/led.2018.2829925
• 发表时间: 2018
• 期刊: IEEE Electron Device Letters
• 影响因子: 4.9
• 作者: Okamoto Yuki;Takehara Hiroaki;Fujimoto Koji;Ichiki Takanori;Ohba Takayuki;Mita Yoshio
• 通讯作者: Mita Yoshio