-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Eine
solche Vorrichtung ist allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 102 02 996 A1 eine piezoelektrisch steuerbare
Mikrofluidaktorik mit einem planaren Substrat bekannt, wobei die
Mikrofluidaktorik auf mindestens einer Seite mindestens einen Hohlraum
und mindestens einen Kanal aufweist, wobei der Kanal eine Öffnung in
den Hohlraum hat und wobei mindestens eine Membran vorgesehen ist,
die randseitig auf einer Seite des Substrats den Hohlraum überspannend
befestigt ist, wobei die Membran durch elektrische Ansteuerung in
den Hohlraum auslenkbar ist. Eine solche Mikrofluidaktorik hat den
Nachteil, dass sie vergleichsweise komplex aufgebaut und entsprechend
einen großen
Aufwand zu ihrer Herstellung erforderlich macht, was die Herstellungskosten
erhöht. Weiterhin
ist es mit einer solchen Mikrofluidaktorik nicht möglich, sehr
kleine Flüssigkeitsvolumina
etwa zur Manipulation von Lösungen
wie Reagenzien, Analytika, Probematerialien und dergleichen in medizinischen
und biologischen Anwendungen mit hoher Genauigkeit zu dosieren.
Ferner ist es gemäß dem Stand
der Technik von Nachteil, dass es aufgrund der Größe der bekannten
Mikrofluidaktoren nicht möglich ist,
eine Mehrzahl dieser Mikrofluidaktoren in eine Matrixanordnung zusammenzufassen
bzw. anzuordnen, so dass ein erhöhter
Durchsatz bei der Durchführung
von Prozessen erfolgen kann, die die Manipulation bzw. Dosierung
von sehr kleinen Flüssigkeitsvolumina
erfordern.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die
erfindungsgemäße mikrofluidische
Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
einer mikrofluidischen Vorrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen haben
demgegenüber
den Vorteil, dass eine Dosierung bzw. eine Abgabe von Flüssigkeiten
auf einfache Weise und mit konstruktiv vergleichsweise einfachen
und damit kostengünstigen
Mitteln vorteilhaft möglich, wobei
Volumina manipuliert werden können,
die im Pikoliter-Bereich und darunter liegen und wobei in vorteilhafter
Weise diese Manipulation von Flüssigkeitsvolumina
darüber
hinaus auch mit einer vergleichsweise großen Genauigkeit möglich ist.
-
Gemäß einer
ersten Ausprägung
bzw. gemäß einem
ersten Aspekt der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung weist die Vorrichtung ein Pipettenelement mit einer
Abgabeseite auf, wobei das Pipettenelement eine geschlossene Seite
sowie die Vorrichtung im Bereich der geschlossenen Seite eine Heizeinrichtung
aufweist bzw. wobei das Pipettenelement eine mit einem Reservoir
verbundene Seite sowie die Vorrichtung im Bereich der mit dem Reservoir
verbundenen Seite eine Heizeinrichtung aufweist. Diese Ausprägung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
hat den Vorteil, dass ein einfacher und robuster Aktuierungsmechanismus
zur Manipulation von Flüssigkeitsvolumina
bereitgestellt wird, wobei es insbesondere von Vorteil ist, dass
keine beweglichen Teile vorhanden sind.
-
Gemäß einer
zweiten Ausprägung
bzw. gemäß einem
zweiten Aspekt der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung weist die Vorrichtung ein Pipettenelement mit einem
Volumen von etwa 0,01 Pikoliter bis etwa 10 Pikoliter auf, bevorzugt
mit einem Volumen von etwa 0,1 Pikoliter bis etwa 1 Pikoliter. Hierdurch
ist es erfindungsgemäß möglich, dass
eine extrem genaue Dosierung der Flüssigkeit möglich ist. Beispielsweise ist
es erfindungsgemäß möglich, die
Abgabe eines angeforderten Gesamtvolumens der in dem Pipettenelement
befindlichen Flüssigkeit
durch die Abgabe einer gewissen Anzahl von Teilvolumina erfolgt,
so dass mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
die die Abgabe von kleineren Volumina ermöglicht, eine größere Genauigkeit
bei der Abgabe des Gesamtvolumens realisierbar ist.
-
Gemäß einer
dritten Ausprägung
bzw. gemäß einem
dritten Aspekt der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung weist die Vorrichtung ein Pipettenelement mit einem
Durchmesser von etwa 0,5 μm
bis etwa 20 μm,
bevorzugt von etwa 1 μm
bis etwa 10 μm,
auf und es ist eine Wandstärke des
Pipettenelements von etwa 10 Nanometer bis etwa 10 μm, bevorzugt
von etwa 100 Nanometer bis etwa 2 μm, vorgesehen. Hierdurch ist
es mit einfachen Mitteln vorteilhaft möglich, die Bestimmung des in
dem Pipettenelement befindlichen Volumens genau durchzuführen und
durch die genaue Einstellung der Wandstärke des Pipettenelements auch
die Charakteristik bei der Ablösung
von Flüssigkeitstropfen von
der Abgabeseite des Pipettenelementes beeinflussen zu können.
-
Die
Merkmale der verschiedenen Ausprägungen
der mikrofluidischen Vorrichtung können erfindungsgemäß beliebig
miteinander kombiniert werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen der
erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Insbesondere
ist es erfindungsgemäß bevorzugt,
dass das Pipettenelement im wesentlichen ein Oxidmaterial, bevorzugt
ein Halbleiteroxidmaterial, ist. Hierdurch ist es zum einen vorteilhaft
möglich, das
Pipettenelement mechanisch besonders stabil herzustellen. Zum anderen
ist es auch vorteilhaft, dass ein solches Pipettenelement besonders
einfach und mit etablierten Herstellungsschritten hergestellt werden
kann. Ferner ist ein solches Material wegen seiner Medienbeständigkeit
besonders gut zur Dosierung von in biologischen, medizinischen und/oder chemischen
Prozessen bzw. Verfahren benutzten Flüssigkeiten geeignet.
-
Erfindungsgemäß ist ferner
bevorzugt, dass die Vorrichtung eine Vielzahl von Pipettenelementen aufweist,
wobei die Vielzahl von Pipettenelementen bevorzugt gemäß einer
Matrix angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, sogenannten Hochdurchsatz-Anwendungen
(high throughput applications) mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zu vereinfachen, zu beschleunigen und damit kostengünstiger
zu gestalten. Weiterhin ist es erfindungsgemäß bevorzugt, wenn jedem der
Pipettenelemente eine Heizeinrichtung zugeordnet ist bzw. wenn jeweils
einer Gruppe von Pipettenelementen eine dieser Gruppe von Pipettenelementen gemeinsame
Heizeinrichtung bzw. eine Gruppe von gemeinsam angesteuerten Heizeinrichtungen
zugeordnet ist. Hierdurch können
die einzelnen Pipettenelemente selektiv und einzeln aktuiert werden,
oder es können
zur schnelleren Betätigung
auch ganze Gruppen von Pipettenelementen gemeinsam aktuiert werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner,
dass die Heizeinrichtung als eine aktive Heizeinrichtung, insbesondere
eine elektrische Heizeinrichtung, vorgesehen ist, oder dass die
Heizeinrichtung als eine passive Heizeinrichtung, insbesondere durch
Strahlungsabsorption aktuierte Heizeinrichtung, vorgesehen ist.
Hierdurch können
in einfacher Weise mehrere Arten von Heizeinrichtungen erfindungsgemäß realisiert
werden. Besonders vorteilhaft kann es ferner sein, auf ein und derselben
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sowohl eine aktive Heizeinrichtung als auch eine passive Heizeinrichtung vorzusehen.
Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise die aktive Heizeinrichtung
zur generellen Aktuierung aller Pipettenelemente vorgesehen ist
und dass die passive Heizeinrichtung zur selektiven Aktuierung lediglich
einzelner Pipettenelementen bzw. von Gruppen von Pipettenelementen
vorgesehen ist oder umgekehrt. Hinsichtlich einer aktiven, insbesondere elektrisch
aktuierten Heizeinrichtung ist es erfindungsgemäß ferner bevorzugt, dass die
elektrische Kontaktierung von der gleichen Substratseite erfolgt, auf
der sich auch die Pipettenelemente befinden.
-
Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten
Verfahrensanspruch, wobei ein solches Verfahren vorteilhaft vergleichsweise
einfach durchgeführt
werden kann.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es
zeigen
-
1 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung,
-
2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung,
-
3 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung,
-
4 bis 7 verschiedene
Vorläuferstrukturen
zur Veranschaulichung der Herstellung der ersten Ausführungsform
der Vorrichtung,
-
8 bis 12 verschiedene
Vorläuferstrukturen
zur Veranschaulichung der Herstellung der zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung,
-
13 bis 16 verschiedene
Vorläuferstrukturen
zur Veranschaulichung der Herstellung einer Variante der ersten
Ausführungsform
der Vorrichtung und
-
17 eine
Variante der ersten Ausführungsform
der Vorrichtung.
-
Ausführungsform(en)
der Erfindung
-
In 1 ist
eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Die Vorrichtung weist ein Pipettenelement 2 auf, welches eine
Abgabeseite 21 und eine geschlossene Seite 22 aufweist.
Im Folgenden wird das Pipettenelement 2 auch als Pipettennadel 2 oder
Pipettenspitze 2 bezeichnet. Zur Realisierung einer Heizeinrichtung 4 ist es
gemäß der ersten
Ausführungsform
vorgesehen, dass eine Widerstandsschicht 4 zwischen einer
Isolationsschicht 13, insbesondere eine dielektrische Isolationsschicht,
und einer Passivierungsschicht 14, insbesondere eine dielektrische
Passivierungsschicht, vorgesehen ist. Die Widerstandsschicht 4 ist mit
in 1 nicht dargestellten Kontakten zum Anschluss
an eine ebenfalls nicht dargestellte Spannungsquelle vorgesehen,
so dass durch das Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung
zumindest eine lokale Erwärmung
der Widerstandsschicht 4 im Bereich der geschlossen Seite 22 des
Pipettenelements 2 erfolgt. Hierdurch wird eine im Inneren des
Pipettenelements befindliche Flüssigkeit
oder ein dort befindliches Gas erwärmt und es tritt eine Expansion
ein, wodurch ein im Bereich der Abgabeseite 21 befindlicher
Teil der Flüssigkeit
aus der Pipettennadel 2 ausgestoßen wird. Die Widerstandsschicht 4 ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der ersten Ausführungsform
parallel zu einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Haupterstreckungsebene 13 des
Substrats 1 im Bereich der geschlossenen Seite 22 der
Pipettennadel 2 in Mäandern
strukturiert, um hier einen möglichst
großen
Wärmeübertrag
zu erreichen.
-
Zur
Illustration des Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
sind in den 4, 5, 6 bzw. 7 eine
erste, zweite, dritte bzw. vierte Vorläuferstruktur der ersten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Zur Erzeugung der ersten Vorläuferstruktur
(4) wird zunächst
auf das Substrat 1, welches bevorzugt als ein Siliziumsubstrat
vorgesehen ist, die Isolationsschicht 13, beispielsweise
ein Siliziumoxid, etwa durch ein Plasmaverfahren oder durch thermische
Oxidation aufgebracht. Auf die Isolationsschicht 13 wird
die Widerstandsschicht 4 aufgebracht. Hierbei kann es sich
um eine Metallschicht, wie zum Beispiel Platin, handeln oder auch
um eine Schicht aus dotiertem Silizium oder Polysilizium. Die Widerstandsschicht 4 wird
in geeigneter Weise strukturiert, um eine Heizung der Pipettennadel 2 zu
ermöglichen.
Auf die Widerstandsschicht wird anschließend eine Passivierungsschicht 14,
beispielsweise aus Siliziumoxid oder aus Siliziumnitrid aufgebracht.
Zur Erzeugung der zweiten Vorläuferstruktur
(5) wird nachfolgend eine Opferschicht 5 aufgebracht,
die bevorzugt aus abgeschiedenem Polysiliziummaterial vorgesehen
ist. Die Schichtdicke der Opferschicht 5 bestimmt später die
Höhe bzw.
Länge der
Pipettennadel 2. Optional kann die Opferschicht 5 nach
ihrer Abscheidung noch durch einen CMP-Schritt (chemisch-mechanisches-Polieren) planarisiert
werden. Auf der Oberfläche
der Opferschicht wird eine Maskierungsschicht 6 aufgebracht,
die insbesondere als eine Silizium-Nitrid-Schicht vorgesehen ist
und die im Bereich der späteren
Pipettennadel 2 strukturiert wird. Durch die Gestalt dieser
Maskierungsschicht 6 kann die Form der späteren Öffnung in
der Nadelspitze bestimmt werden. Zur Erzeugung der dritten Vorläuferstruktur
(6) wird mittels bevorzugt einer weiteren Lack-
oder Hartmaske die Opferschicht 5 mittels eines Trench-Ätzschrittes
bis zur Passivierungsschicht 14 entfernt, so dass lediglich
die spätere
Pipetennadel 2 als (massive) Säule stehen bleibt. Durch eine
thermische Oxidation wird die Oberfläche der massiven Säule der
Opferschicht 5 mit einer Oxidschicht überzogen, wobei diese Oxidschicht nachfolgend
das Pipettenelement 2 bildet. Die Dicke dieser Oxidschicht
definiert die Wandstärke 25 der Pipettennadel 2.
Die Oberfläche
der Pipettennadel 2 wird während des Oxidationsvorgangs
durch die Maskierungsschicht 6 geschützt. Zur Erzeugung der vierten
Vorläuferstruktur
(7) wird mittels bevorzugt eines Plasma-Ätzverfahrens
oder durch nasschemisches Ätzen
die Maskierungsschicht auf der Oberfläche der Pipettennadel 2 selektiv
zur Oxidschicht entfernt, wodurch ein Ätzzugang entsteht, um das Innere
der Pipettennadel 2, d.h. der bisher im Inneren verbliebene
Rest der Opferschicht 5, entfernen zu können. Dies erfolgt insbesondere
mittels eines Gasphasen-Ätzvorgangs,
beispielsweise mittels ClF3-Ätzung.
-
In 17 ist
eine Variante der ersten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Die Vorrichtung 10 weist im Unterschied zur ersten Ausführungsform eine
elektrische Kontaktierung 45 auf der ersten Seite 11 des
Substrats 1 auf. Gleiche Bezugszeichen wie gemäß der ersten
Ausführungsform
(1) bezeichnen bei der Variante der ersten Ausführungsform
gleiche Elemente bzw. Komponenten der Vorrichtung 10.
-
Zur
Illustration des Herstellungsverfahren der Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
sind in den 13, 14, 15 bzw. 16 eine
erste, zweite, dritte bzw. vierte Vorläuferstruktur der Variante der
ersten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Zur Erzeugung der ersten Vorläuferstruktur
(13) wird analog zur ersten Ausführungsform
auf das Substrat 1 zunächst
die Isolationsschicht 13 erzeugt, die Widerstandsschicht 4 aufgebracht
und strukturiert sowie die Passivierungsschicht 14 aufgebracht.
Bei der Variante der ersten Ausführungsform
wird jedoch die Passivierungsschicht 14 zur Erzeugung einer
späteren
Kontaktierung 45, insbesondere durch ein geeignetes Plasma-Ätzverfahren,
an einer in 13 mit dem Bezugszeichen 46 bezeichneten
Stelle geöffnet. Zur
Erzeugung der zweiten Vorläuferstruktur (14)
wird nachfolgend analog zur ersten Ausführungsform die Opferschicht 5 aufgebracht,
wobei diese jedoch zur Herstellung einer entsprechend niederohmigen
Anbindung an die Widerstandsschicht 4 dotiert sein muss.
Auf der Oberfläche
der Opferschicht 5 wird analog zur ersten Ausführungsform
die Maskierungsschicht 6 aufgebracht, jedoch lediglich im
Bereich der (späteren)
Pipettennadel 2. Zur Erzeugung der dritten Vorläuferstruktur
(15) wird analog zur ersten Ausführungsform
die Opferschicht 5 (mittels einer geeigneten Maskierung)
bis zur Passivierungsschicht 14 entfernt, so dass sowohl
die spätere
Pipettennadel 2 als auch die spätere Kontaktierung 45 stehen
bleibt und durch die analog zur ersten Ausführungsform durchgeführte thermische
Oxidation oxidiert wird. Hierbei ist darauf zu achten, dass die
Schichtdicke dieser Oxidationsschicht deutlich geringer ist als
die Schichtdicke der Passivierungsschicht 14. Zur Erzeugung
der vierten Vorläuferstruktur
(16) wird analog zur ersten Ausführungsform die
Maskierungsschicht 6 und anschließend der im Inneren der Pipettennadel 2 verbliebene
Rest der Opferschicht 5 entfernt; hierbei bleibt die Kontaktierung 45 weitgehend
unverändert.
Zur Herstellung der Variante (17) der
ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird
nun das auf der Oberseite der Kontaktierung 45 verbliebene
Oxid entfernt (bevorzugt mittels eines anisotropen Plasma-Ätzverfahrens).
Da die Schichtdicke der Passivierungsschicht 14 größer ist
als die des Oxids auf der Kontaktierung 45, wird die Passivierungsschicht 14 hierbei
lediglich geringfügig
abgetragen. Das nun freiliegende dotierte Polysilizium an der Oberfläche der
Kontaktierung 45 kann nun mittels eines selektiven Metall-CVD-Prozessess (Metall-Chemical-Vapour-Deposition-Prozess,
beispielsweise als Salicide-Prozess mit Wolfram oder dergleichen)
lokal als Kontaktierungsfläche
(Bond-Pad) metallisiert werden.
-
In 2 ist
eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Die Vorrichtung weist wie bei der ersten Ausführungsform das Pipettenelement 2 auf,
welches die Abgabeseite 21 und eine gegenüberliegende
Seite 22 aufweist, wobei die der Abgabeseite 21 gegenüberliegende
Seite 22 mit einem Reservoir 3 verbunden ist. Zur
Realisierung der Heizeinrichtung 4 ist es auch gemäß der zweiten
Ausführungsform
(entsprechen der ersten Ausführungsform)
vorgesehen, dass die Widerstandsschicht 4 zwischen der
Isolationsschicht 13 und der Passivierungsschicht 14 vorgesehen
ist. Die Widerstandsschicht 4 ist mit in 2 ebenfalls nicht
dargestellten Kontakten zum Anschluss an eine ebenfalls nicht dargestellte
Spannungsquelle vorgesehen, so dass durch das Anlegen einer entsprechenden
elektrischen Spannung zumindest eine lokale Erwärmung der Widerstandsschicht 4 im
Bereich der mit dem Reservoir 3 verbundenen Seite 22 des
Pipettenelements 2 erfolgt. Hierdurch wird eine im Inneren
des Pipettenelements 2 bzw. im Inneren des Reservoirs 3 befindliche
Flüssigkeit
oder ein dort befindliches Gas erwärmt, und es tritt eine Expansion ein,
wodurch ein im Bereich der Abgabeseite 21 befindlicher
Teil der Flüssigkeit
aus der Pipettennadel 2 ausgestoßen wird. Das Aufziehen der
Pipette erfolgt durch den umgekehrten Prozess, d. h. ein Gas oder eine
bereits in der Pipette vorgesehene Expansionsflüssigkeit dehnt sich durch thermische
Expansion zunächst
aus. Anschließend
wird die Pipette mit der zu dosierenden Flüssigkeit in Kontakt gebracht
und dann die Heizung ausgeschaltet. Durch den entstehenden Unterdruck
wird die zu dosierende Flüssigkeit
dann in die Pipette aufgenommen. Die Widerstandsschicht 4 ist
gemäß einer
bevorzugten Ausführung
der zweiten Ausführungsform
parallel zu einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Haupterstreckungsebene 13 des
Substrats 1 im Bereich der geschlossenen Seite 22 der
Pipettennadel 2 in Mäandern
oder auch im wesentlichen konzentrisch um den Verbindungsdurchgang 29 zwischen
dem Inneren der Pipettennadel 2 und dem Reservoir 3 herum strukturiert,
um hier einen möglichst
großen
Wärmeübertrag
zu erreichen.
-
Zur
Illustration des Herstellungsverfahrens der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß der zweiten
Ausführungsform
sind in den 8, 9, 10, 11 bzw. 12 eine
erste, zweite, dritte, vierte bzw. fünfte Vorläuferstruktur der zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Zur Erzeugung der ersten Vorläuferstruktur
(8) wird entsprechend der ersten Ausführungsform
zunächst
auf das Substrat 1 die Isolationsschicht 13 aufgebracht,
die Widerstandsschicht 4 aufgebracht und strukturiert sowie die
Passivierungsschicht 14 aufgebracht. Die Widerstandsschicht 4 wird
derart strukturiert, dass nicht nur eine Heizung des Fußes der
Pipettennadel 2 möglich ist,
sondern auch ein Bereich frei (von der Widerstandsschicht 4)
bleibt, der einen späteren Ätzzugang
zum Substrat 1 ermöglicht.
Zur Erzeugung der zweiten Vorläuferstruktur
(9) wird nachfolgend dieser Ätzzugang 15 mittels
insbesondere einer Photolithographie sowie nachfolgend eines Plasma-Ätzschrittes oder eines nasschemischen Ätzschrittes durch
die Passivierungsschicht 14 sowie die Isolationsschicht 13 erzeugt.
Analog den zweiten, dritten und vierten Vorläuferstrukturen werden eine
dritte Vorläuferstruktur
(10) eine vierte Vorläuferstruktur (11)
und eine fünfte
Vorläuferstruktur (12)
erzeugt. Hierbei werden analog zur ersten Ausführungsform der Vorrichtung 10 die
folgenden Schritte ausgeführt:
die Opferschicht 5 wird aufgebracht; die Maskierungsschicht 6 wird
aufgebracht und strukturiert; die Opferschicht 5 wird mittels
eines Trench-Ätzschrittes
bis zur Passivierungsschicht 14 entfernt, so dass lediglich
die spätere
Pipettennadel 2 als (massive) Säule stehen bleibt; durch eine
thermische Oxidation wird das Pipettenelement 2 als Oxidschicht
gebildet; die Maskierungsschicht 6 auf der Oberfläche der
Pipettennadel 2 wird selektiv zur Oxidschicht entfernt,
wodurch ein Ätzzugang
entsteht, um das Innere der Pipettennadel 2 insbesondere
mittels einer Gasphasen-Ätzung
entfernen zu können.
Aufgrund des zur Bildung der zweiten Vorläuferstruktur (9)
der zweiten Ausführungsform erzeugten Ätzzugangs 15 zum
Substrat 1 wird bei der Gasphasen-Ätzung gemäß der fünften Vorläuferstruktur der zweiten Ausführungsform
nicht nur das Innere der Pipettennadel 2 entfernt, sondern
auch das Reservoir 3 erzeugt, d.h. ein Teil des Substrats 1 entfernt.
Die Größe des Reservoirs 3 wird
dabei nur durch die Ätzzeit
bzw. die Dicke des Substrats 1 beschränkt.
-
In 3 ist
eine dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen mikrofluidischen
Vorrichtung 10 schematisch in Schnittdarstellung dargestellt.
Die Vorrichtung 10 weist wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 das Pipettenelement 2 auf,
welches die Abgabeseite 21 und eine gegenüberliegende
Seite 22 aufweist. Zur Realisierung der Heizeinrichtung 4 ist
es nun im Unterschied zur ersten bzw. zweiten Ausführungsform
bei dieser dritten Ausführungsform
der Vorrichtung 10 vorgesehen, dass die Heizeinrichtung 4 passiv
vorgesehen ist. Das bedeutet, dass (im Gegensatz zur aktiven Heizeinrichtung 4 gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsform,
bei der mittels Stromfluss und ohmschem Widerstand eine Beheizung
erfolgt) die Heizeinnrichtung 4 als Absorptionsschicht 4 (beispielsweise
aus Polysilizium) ausgebildet ist, die mittels einer Strahlung 49 bestrahlt
wird. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Infrarotstrahlung
oder um jede beliebige andere Strahlung handeln. In der Absorptionsschicht 4 wird
die Strahlungsenergie in Wärme
umgewandelt und ermöglicht
so eine Dosierung der Flüssigkeit.
Der Vorteil bei der dritten Ausführungsform gegenüber der
ersten und zweiten Ausführungsform ist,
dass die Absorptionsschicht (im Gegensatz zur Widerstandsschicht)
nicht strukturiert werden muss (aber strukturiert werden kann).
Zur besseren energetischen Kopplung zwischen der Strahlung 49 und der
Absorptionsschicht 4 kann es bei der dritten Ausführungsform
vorgesehen sein, dass eine Ausnehmung in das Substrat 1 von
der (der Pipettennadel 2 gegenüberliegenden) zweiten Seite 12 des
Substrats 1 in das Substrat 1 eingebracht wird,
insbesondere mittels der Prozessschritte: Photolithographie und anschließendem Trenchätzen oder
auch KOH-Ätzen. Hierbei
wird das Substrat 1 insbesondere bis zur Isolationsschicht 13 entfernt.
Alternativ zur Absorptionsschicht kann auch ein Absorber (nicht
dargestellt) als zusätzliche
Schicht von unten in die rückseitige
Ausnehmung des Substrats dispensiert werden.