DE102016112871A1

DE102016112871A1 - Mikrofiltrationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102016112871A1
Application number: DE102016112871.6A
Authority: DE
Inventors: Gerald Holweg; Vijaye Kumar Rajaraman; Yonsuang Arnanthigo; Jan Berger; Gudrun Stranzl; Thomas Ostermann; Sylvicley Figueira Da Silva; Günter Denifl; Iris Moder; Alexander Oswatitsch
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2016-07-13
Publication date: 2017-02-02
Also published as: US20170030890A1

Abstract

Eine Mikrofiltrationsvorrichtung (100) umfasst ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche. Das Substrat umfasst einen Hohlraum (120) zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche. Das Substrat umfasst ferner einen Mikrofilter (130), der einen Rahmenteil (140) in Kontakt mit dem Substrat und einen an den Hohlraum (120) angrenzenden Filterteil (150) umfasst. Der Mikrofilter (130) weist in sowohl dem Rahmenteil (140) als auch dem Filterteil (150) ein halbleitendes oder leitendes Material auf.

Description

HINTERGRUND
Bluttests werden an Patienten ausgeführt, um verschiedene Krankheiten und einen Körperzustand zu bestimmen. Blutplasma etwa trägt Informationen über zum Beispiel Glukose, Salze, Hormone, Blutgas. Einen Überblick über die Blut, insbesondere menschliches Blut, bildenden Komponenten ist in 31 dargestellt. Blut umfasst zwei Hauptkomponenten. Auf der einen Seite enthält Blut Blutplasma, welches Plasmaproteine wie etwa Albumine, Globuline oder Fibrinogen (Blutgerinnungsproteine) und Serum wie etwa Wasser, Salze, gelöste Gase, Hormone, Glukose und Abfälle enthält. Auf der anderen Seite enthält Blut zelluläre Komponenten bzw. Zellkomponenten wie etwa Blutplättchen mit einer Größe im Bereich von 1 bis 2 μm, rote Blutzellen mit einer Größe um 7 μm oder weiße Blutzellen (Leukozyten). Die weißen Blutzellen umfassen granuläre Leukozyten und agranuläre Leukozyten. Die granulären Leukozyten umfassen neutrophile Leukozyten mit einer Größe zwischen 10 bis 14 μm, eosinophile Leukozyten mit einer Größe zwischen 10 bis 14 μm und basophile Leukozyten mit einer Größe zwischen 10 bis 14 μm. Die agranulären Leukozyten umfassen Monozyten mit einer Größe zwischen 15 bis 20 μm und Lymphozyten mit einer Größe zwischen 8 bis 10 μm. Blutplasma sowie weiße Blutzellen, die im Gesamtblut vorhanden sind, tragen auch Informationen über Infektionen. Heute wird Blutplasma unter Verwendung einer mit einer Zentrifugierung verbundenen klinischen Prozedur extrahiert, welche händisch, arbeitsaufwändig und zeitraubend ist. Diese Prozedur kann ferner nicht von Patienten zu Hause durchgeführt werden.
Somit ist es wünschenswert, eine Vorrichtung zu schaffen, die es Patienten ermöglicht, zumindest einen Blutparameter zu Hause statt bei einer klinischen/laborgestützten Untersuchung zu messen.
Die obige Aufgabe wird durch die Lehren gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform einer Mikrofiltrationsvorrichtung umfasst eine Mikrofiltrationsvorrichtung ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche. Das Substrat umfasst einen Hohlraum zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche. Das Substrat umfasst ferner einen Mikrofilter, der einen Rahmenteil in Kontakt mit dem Substrat und einen Filterteil, der an den Hohlraum angrenzt, umfasst. Der Mikrofilter weist in sowohl dem Rahmenteil als auch dem Filterteil ein halbleitendes oder leitendes Material auf.
Gemäß einer Ausführungsform einer Sensorvorrichtung umfasst die Sensorvorrichtung die Mikrofiltrationsvorrichtung und einen Sensor, der an einer Filtratseite der Filterteils gelegen ist. Der Sensor ist dafür geeignet, eine Eigenschaft eines Filtrats zu messen.
Gemäß einer Ausführungsform einer Multisensorvorrichtung umfasst die Multisensorvorrichtung zumindest zwei Sensorvorrichtungen, die in einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind.
Gemäß einer anderen Ausführungsform einer Multisensorvorrichtung umfasst die Multisensorvorrichtung zumindest zwei Sensorvorrichtungen, die in einer vertikalen Richtung aufeinandergestapelt sind.
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung dieser Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben entsprechend ähnliche Teile an.
1 ist eine schematische Ansicht einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2A ist eine schematische Ansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2B ist eine schematische Ansicht einer Multisensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
2C ist eine schematische Ansicht einer Multisensorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
3A bis 3G sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 3H veranschaulichen.
3H ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
4A bis 4H sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 4I veranschaulichen.
4I ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
5A bis 5F sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 5G veranschaulichen.
5G ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 7E veranschaulichen.
7E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8A bis 8F sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 8G veranschaulichen.
8G ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
9A bis 9D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 9E veranschaulichen.
9E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
10A bis 10D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 10E veranschaulichen.
10E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
11 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
12A bis 12H sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 12I veranschaulichen.
12I ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
13A bis 13G sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 13H veranschaulichen.
13H ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
14 bis 20 sind schematische Querschnittsansichten eines Abschnitts einer Sensorvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
21 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Mikrofiltrationsvorrichtung, die in den Sensorvorrichtungen von 19 und 20 verwendet wird.
22 ist eine Querschnittsansicht der Mikrofiltrationsvorrichtung, gelegt entlang der Schnittebene A-A' von 21.
23 ist eine Querschnittsansicht der Mikrofiltrationsvorrichtung mit abstützenden Säulen, gelegt entlang der Schnittlinie A-A' von 21.
24 ist eine Draufsicht der Mikrofiltrationsvorrichtung von 21 mit abstützenden Säulen.
25 und 26 sind schematische Querschnittsansichten einer Sensorvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
27 ist eine Draufsicht einer Multisensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
28 ist eine schematische Querschnittsansicht, gelegt entlang der Schnittebene B-B' von 27.
29 ist eine schematische Querschnittsansicht, gelegt entlang der Schnittebene C-C' von 27.
30 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Multisensorvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
31 ist ein schematisches Diagramm, das Blutkomponenten veranschaulicht.
32 ist ein Diagramm, das eine Abhängigkeit eines Spalts zwischen Elektroden und ihrer angelegten Spannung für einen Mikrotropfen-Modus von Blut veranschaulicht.
33A und 33B sind schematische Querschnittsansichten eines Abschnitts einer Sensorvorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
34A und 34B sind Draufsichten einer Sensorvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie, wie ”Oberseite”, ”Boden”, ”Vorderseite”, ”Rückseite”, ”vorne”, ”hinten” usw. in Bezug auf die Orientierung der gerade beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen der Erfindung in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie für Zwecke der Darstellung verwendet und ist in keiner Weise begrenzend. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem durch die Patentansprüche definierten Bereich abzuweichen.
Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Die Figuren und die Beschreibung veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” neben dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n^–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein ”n⁺”-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben. In den Figuren werden die dotierten Bereiche häufig mit „p” oder „n”-dotiert bezeichnet. Diese Bezeichnung ist jedoch nicht beschränkend zu verstehen. Der Dotiertyp kann beliebig sein, solange die beschriebene Funktionalität erzielt wird. Auch können in allen Ausführungsformen die Dotiertypen vertauscht sein.
In dieser Beschreibung bedeuten die Ausdrücke „gekoppelt” und/oder „elektrisch gekoppelt” nicht notwendigerweise eine direkte Kopplung – zwischenliegende Elemente können zwischen den „gekoppelten” oder „elektrisch gekoppelten” Elementen vorliegen. Der Ausdruck „elektrisch verbunden” beabsichtigt die Beschreibung einer niederohmschen elektrischen Verbindung zwischen den elektrisch verbundenen Elementen.
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf einen ”ersten” und einen ”zweiten” Leitfähigkeitstyp von Dotierstoffen, wobei Halbleiterteile damit dotiert sind. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann ein n-Typ sein oder umgekehrt. Wie klar zu verstehen ist, können in dem Zusammenhang der vorliegenden Erfindung die Dotierungstypen umgekehrt werden. Wenn ein spezifischer Strompfad mittels einer Richtungssprache beschrieben wird, soll diese Beschreibung nur verstanden werden als ein Beschreiben des Pfades und nicht der Polarität des Stromflusses. Die Figuren können polaritätsempfindliche Komponenten umfassen, beispielsweise Dioden. Wie klar zu verstehen ist, ist die spezifische Anordnung von diesen polaritätsempfindlichen Komponenten als ein Beispiel gegeben und kann invertiert werden, um die beschriebene Funktionalität zu erhalten, abhängig davon, ob der erste Leitfähigkeitstyp einen n-Typ oder einen p-Typ bedeutet.
Die Begriffe ”lateral” und ”horizontal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, sollen eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Die bzw. eines Chips sein.
Der Begriff ”vertikal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung im Wesentlichen senkrecht zur ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben.
Die Begriffe ”Wafer”, ”Substrat” oder ”Halbleiterwafer”, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind zu verstehen, so dass sie Silizium, Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und andere Halbleiterstrukturen einschließen. Der Halbleiter braucht nicht auf Silizium zu beruhen. Der Halbleiter könnte ebenso Silizium-Germanium, Germanium oder Galliumarsenid sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) das Halbleitersubstratmaterial bilden.
Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen, hierin beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, falls nicht etwas anders konkret angemerkt wird.
1 ist eine schematische Ansicht einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform.
Wie man aus 1 ersehen kann, umfasst die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 ein Substrat 110. Das Substrat 110 weist eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 auf, die der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegt. Das Substrat 110 umfasst einen Hohlraum 120 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102. Die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 weist ferner einen Mikrofilter 130 auf. Der Mikrofilter 130 umfasst einen Rahmenteil 140 in Kontakt mit dem Substrat 110 und einen Filterteil 150, der an den Hohlraum 120 grenzt. Der Mikrofilter 130 weist in sowohl dem Rahmenteil 140 als auch dem Filterteil 150 ein halbleitendes oder leitendes Material auf.
Indem man einen Mikrofilter 130, der in sowohl dem Rahmenteil 140 als auch dem Filterteil 150 ein halbleitendes oder leitendes Material aufweist, vorsieht, kann ein Filterteil 150 mit einer abstimmbaren Steifigkeit geschaffen werden, welcher ferner elastisch und robust ist verglichen mit Filterteilen aus einem isolierenden Material wie etwa einer Siliziumnitridmembran oder einer Polymermembran. Ferner sind Polymermembranen nutzende Mikrofiltrationsvorrichtungen dick (etwa 330 μm), groß, langsam und erfordern daher eine Druckbeaufschlagung für eine Blutfiltration. Mikrofiltrationsvorrichtungen, die Monolayer- bzw. Einschichtmembranen aus Siliziumnitrid nutzen, sind andererseits zu dick für eine Herstellung in einer standardmäßigen Hableiterleiterfabrik, und sie kann auch unter einer geringen Robustheit leiden.
2A ist eine schematische Ansicht einer Sensorvorrichtung 300 gemäß einer Ausführungsform. Wie man aus 2A ersehen kann, umfasst eine Sensorvorrichtung 300 die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Überdies weist die Sensorvorrichtung 300 einen an einer Filtratseite 154 des Filterteils 150 gelegenen Sensor 200 auf. Der Sensor 200 ist dafür geeignet, eine Eigenschaft eines Filtrats 620 zu messen. Das Filtrat 620 kann entlang einer von der ersten Oberfläche 101 zur zweiten Oberfläche 102 verlaufenden Richtung in den Hohlraum 120 eingeführt werden, wobei die Filtratseite 154 auf der gleichen Seite wie die zweite Oberfläche 102 liegt. In diesem Fall liegt eine Zufuhr- bzw. Feed-Seite 156 an der gleichen Seite wie die erste Oberfläche 101 des Substrats 110. Das Filtrat 620 kann jedoch auch durch den Filterteil 150 entlang einer von der zweiten Oberfläche 102 zur ersten Oberfläche 101 des Substrats 110 verlaufenden Richtung in eine Messkammer 325 eingeführt werden. In diesem Fall müssen die Feed-Seite 156 und die Filtratseite 154 vertauscht werden. Solch eine Ausführungsform ist zum Beispiel in 16 veranschaulicht.
2B ist eine schematische Ansicht einer Multisensorvorrichtung 400 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 2B gezeigt ist, sind zumindest zwei Sensorvorrichtungen 300a, 300b nebeneinander in einer lateralen Richtung angeordnet. Wie man aus 2B ferner ersehen kann, weist die Multisensorvorrichtung 400 zwei Sensoren 200a, 200b auf, welche angeordnet sind, um jeweilige Eigenschaften von Filtraten 620a und 620b zu messen, welche durch Filterteile 150a, 150b in jeweilige Hohlräume 120a, 120b eingeführt werden. Die Filtrationseigenschaften der Filterteile 150a und 150b können so verschieden sein, dass die Sensoren 200a und 200b die Eigenschaft verschiedener Filtrate 620a und 620b messen.
2C ist eine schematische Ansicht einer Multisensorvorrichtung 500 gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in 2C gezeigt ist, weist die Multisensorvorrichtung 500 zumindest zwei Sensorvorrichtungen auf, die in einer vertikalen Richtung aufeinandergestapelt sind. Wie man ferner aus 2C ersehen kann, weist die Multisensorvorrichtung 500 Sensoren 200a und 200b auf. Der Sensor 200b ist in einem stromabwärtigen Teil einer Filtratstromrichtung angeordnet. Indem eine Vielzahl von Sensorvorrichtungen 300a, 300b vorgesehen wird, die in einer vertikalen Richtung aufeinandergestapelt sind, kann eine kaskadierte Filtration durch die Filterteile 150a und 150b erreicht werden. Die Porengröße der Filterteile 150a, 150b kann hierin entlang der Filtratstromrichtung reduziert werden.
3H ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Wie man aus 3H ersehen kann, weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 das Substrat 110 auf, auf welchem der Mikrofilter 130 ausgebildet ist. Der Mikrofilter 130 weist eine erste Schicht 132 des halbleitenden oder leitenden Materials und eine zweite Schicht 134 eines isolierenden Materials auf. Das Substrat 110 kann ein isolierendes Material umfassen. Das Substrat 110 kann jedoch auch ein halbleitendes oder leitendes Material umfassen.
Das Substrat 110 kann ein Halbleiterkörper sein, welcher aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium Si, Siliziumcarbid SiC, Germanium Ge, einem Silizium-Germanium-Kristall SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenide GaAs, vorgesehen sein kann. Eine Distanz zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 kann mindestens 20 μm, zum Beispiel mindestens 50 μm, betragen. Andere Ausführungsformen können Halbleiterkörper mit einer Dicke von mehreren 100 μm vorsehen. Das Substrat 110 kann eine rechtwinklige Form mit einer Kantenlänge im Bereich von mehreren Millimetern aufweisen.
Die Senkrechte zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert die vertikale Richtung z, und Richtungen orthogonal zu der normalen Richtung sind erste und zweite laterale Richtungen x, y (vgl. auch 21, 27 und 34A und 38B).
Das halbleitende oder leitende Material kann zumindest eines von Polysilizium, Silizium, porösem Siliziums und einem Metall umfassen. Das halbleitende oder leitende Material kann ferner Germanium Ge, ein Silizium-Germanium SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenid GaAs umfassen. Das halbleitende oder leitende Material kann ein Halbleitermaterial eines n-Typs oder eines p-Typs umfassen. Das halbleitende oder leitende Material kann ferner ein Metallmaterial umfassen, welches als Hauptbestandteil(e) aus Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, zum Beispiel AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese enthalten kann. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Metallmaterial eine, zwei, drei oder mehr Teilschichten enthalten, wobei jede Teilschicht als einen Hauptbestandteil zumindest eines von Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Wolfram W, Platin Pt, Tantal Ta und Palladium Pd enthält. Beispielsweise kann eine Teilschicht ein Metallnitrid oder eine Metalllegierung, die Ni, Ti, Ag, Au, W, Pt, Co und/oder Pd enthält, enthalten.
Das isolierende Material kann zumindest eines eines Oxids, eines Nitrids, eines Carbids und eines Glases umfassen. Insbesondere kann das isolierende Material Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid umfassen. Das isolierende Material kann ferner einen Film aus Tetraethylorthosilikat (TEOS)/undotiertem Silikatglas (USG) umfassen. Ferner kann das isolierende Material ein Phosphor- bzw. Phosphorsilikatglas (PSG) oder ein Borophosphorsilikatglass (BPSG) umfassen. Das isolierende Material kann beispielsweise überdies eines oder eine Kombination eines Oxids, Nitrids, Oxinitrids, eines Materials mit hohem k, eines Imids und isolierenden Harzes oder Glases umfassen.
Gemäß der Ausführungsform von 3H kann die erste Schicht 132 eine epitaktische Schicht eines Halbleiters wie etwa Silizium eines ersten Leitfähigkeitstyps, zum Beispiel eines n-Typs, sein. Um die leitende eptikatische Siliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps von dem Substrat 110 elektrisch zu isolieren, kann das Substrat 110 ein Halbleiterkörper eines zweiten Leitfähigkeitstyps, zum Beispiel eines p-Typs, sein. Auf der ersten Schicht 132 ist eine zweite Schicht 134 ausgebildet, welche aus einem isolierenden Material bestehen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Schicht 134 eine Oxidschicht wie etwa eine Siliziumoxidschicht sein.
Im Filterteil 150 sind Poren 152 ausgebildet, welche sich durch die zweite Schicht 134 und die erste Schicht 136 von einer Feed-Seite 156 zu einer Filtratseite 154 erstrecken.
Die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 kann ferner ein Kontaktgebiet 138 im Rahmenteil 140 aufweisen. Das Kontaktgebiet 138 kann mit dem halbleitenden oder leitenden Material im Filterteil 150 elektrisch verbunden sein. Gemäß der Ausführungsform von 3H weist das Kontaktgebiet 138 eine Kontaktzone 138a auf, welche von einem ersten Leitfähigkeitstyp, zum Beispiel eine n⁺-dotierte Zone in der ersten Schicht 132, sein kann und weist ferner ein Kontaktpad 138b auf, welches ein Metall aufweisen kann. Gemäß einer Ausführungsform kann ein Kontaktgebiet 138 auch nur das Kontaktpad 138b zum Kontaktieren des halbleitenden oder leitenden Materials in der ersten Schicht 132 im Filterteil 150 aufweisen.
zusätzlich ist ein Substratkontaktgebiet 139 im Rahmenteil 140 vorgesehen, welches mit dem Substratteil 110 eines zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist. Das Substratkontaktgebiet 139 umfasst eine Substratkontaktzone 139a, welche aus einem zweiten Leitfähigkeitstyp bestehen kann, zum Beispiel eine p+-dotierte Zone in der ersten Schicht 132 und dem Substrat 110, und weist ferner ein Substratkontaktpad 139b auf, welches ein Metall aufweisen kann.
Somit umfasst die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 das Kontaktgebiet 138, das mit dem halbleitenden oder leitenden Material in der ersten Schicht 132 des Filterteils 150 elektrisch verbunden ist. Außerdem ist das Substratkontaktgebiet 139 vorgesehen, welches mit dem Substrat 110 eines zweiten Leitfähigkeitstyps elektrisch verbunden ist. Folglich kann das Substrat 110 eines zweiten Leitfähigkeitstyps von der ersten Schicht 132 eines ersten Leitfähigkeitstyps elektrisch isoliert werden, indem eine Übergangsbarriere zwischen dem Substrat 110 und der ersten Schicht 132 erzeugt wird, falls jeweilige Spannungen zwischen dem Kontaktgebiet 138 und dem Substratkontaktgebiet 139 angelegt werden.
3A bis 3G sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Mikrofiltrationsvorrichtung von 3H veranschaulichen. Wie man aus 3A und 3B ersehen kann, wird ein Substrat 110 vorgesehen, auf welchem die erste Schicht 132 zum Beispiel durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung geschaffen wird. Wie man aus 3C ersehen kann, wird die zweite Schicht 134 eines isolierenden Materials auf der ersten Schicht 132 ausgebildet. Die zweite Schicht 134 kann irgendeines des isolierenden Materials wie oben diskutiert oder irgendein Dielektrikum umfassen, das dafür geeignet ist, die erste Schicht 132 von einer Umgebung zu isolieren.
Die zweite Schicht 134 kann zum Beispiel ein Felddielektrikum wie etwa ein Feldoxid und/oder ein Gatedielektrikum wie etwa ein Gateoxid umfassen. Die zweite Schicht 134 kann ein Feldoxid umfassen, das zum Beispiel durch eine lokale Oxidation von Silizium (LOCOS-Prozess), abgeschiedenes Oxid oder STI (shallow trench isolation bzw. flache Grabenisolierung) gebildet wird. Die Dicke des Felddielektrikums der zweiten Schicht 134 kann in einem Bereich von 0,06 μm bis 5 μm oder 0,1 μm bis 3 μm liegen, die Dicke des Gatedielektrikums der zweiten Schicht 134 kann in einem Bereich von 5 nm bis 200 nm oder 40 nm bis 120 nm liegen. Die zweite Schicht 134 kann auch einen Stapel verschiedener dielektrischer Schichten umfassen. Gemäß der Ausführungsform von 3C wird die zweite Schicht 134 als eine thermische Siliziumoxidschicht mit einer Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 500 nm ausgebildet.
Wie man aus 3C ersehen kann, wird außerdem die Kontaktzone 138a in der ersten Schicht 132 durch eine Implantierung von Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps wie etwa eines n-Typs gebildet. Die Substratkontaktzone 139a wird ferner in der ersten Schicht 132 und dem Substrat 110 durch eine Implantierung von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps wie etwa eines p-Typs geschaffen.
Wie man aus 3D ersehen kann, wird das Kontaktpad 138b des Kontaktgebiets 138 auf der Kontaktzone 138a gebildet, indem das isolierende Material der zweiten Schicht 134 bei der Kontaktzone 138a entfernt und indem ein Metall abgeschieden wird, um das Kontaktpad 138b zu bilden. Außerdem wird das Substratkontaktpad 139b des Substratkontaktgebiets 139 auf der Substratkontaktzone 139a gebildet, indem das isolierende Material der zweiten Schicht 134 bei der Substratkontaktzone 139a entfernt und indem ein Metall abgeschieden wird, um das Substratkontaktpad 139b zu schaffen.
Wie man aus 3C bis 3E ersehen kann, wird die zweite Schicht 134 auch auf der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 ausgebildet. Die zweite Schicht 134 wird als eine Ätzmaskenschicht zum Ausbilden des Hohlraums 120 im Substrat 110 in 3E genutzt und wird als eine Ätzmaskenschicht genutzt, um die Poren 152 im Filterteil 150 in 3F zu bilden. Der Hohlraum 120 und die Poren 152 werden durch einen elektrochemischen Nassätzprozess beispielsweise unter Verwendung von Nassätzmittellösungen wie etwa KOH, Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) gebildet.
Wie man aus 3G ersehen kann, wird die zweite Schicht 134 auf der Rückseite von der zweiten Oberfläche 102 entfernt, um die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 wie in 3H gezeigt auszubilden.
4I zeigt eine andere Ausführungsform der Mikrofiltrationsvorrichtung 100. Wie aus einem Vergleich der 3H und 4I ersehen werden kann, ist in der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 4I die erste Schicht 132 auf einem Substratteil 132' eines ersten Leitfähigkeitstyps ausgebildet. Folglich bilden der Substratteil 132' und die erste Schicht 132, welche beide von einem ersten Leitfähigkeitstyp sind, eine Schicht aus einem halbleitenden oder leitenden Material. Da die epitaktisch gewachsene erste Schicht 132 ferner durch den Substratteil 132' getragen wird, kann der Filterteil 150 mit einer höheren Dicke ausgebildet werden, was zu einer höheren Robustheit der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 führt. Die Dicke des Filterteils 150 in einer vertikalen Richtung (orthogonal zur ersten Oberfläche 101) kann in einem Bereich von 100 nm bis 30 μm oder in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm oder in einem Bereich von 1 μm bis 20 μm liegen; die Dicke des Rahmenteils 140 in einer vertikalen Richtung (orthogonal zur ersten Oberfläche 101) einschließlich des Substrats 110 kann in einem Bereich von 30 μm bis 1000 μm oder in einem Bereich von 100 μm bis 800 μm, oder in einem Bereich von 500 μm bis 800 μm liegen. Außerdem können Poren 152 mit einer größeren Porengröße als die Poren 152 in der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 3H in der gestapelten Schicht der ersten Schicht 132 und des Substratteils 132' ausgebildet werden. Wie aus 27 und 28 ersehen werden kann und wie später in allen Einzelheiten diskutiert wird, können die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 3H und die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 4I in einem Prozess zum Bilden einer Multisensorvorrichtung 400, die Filterteile 150 mit verschiedenen Porengrößen aufweist, hergestellt werden.
Wie schon in Bezug auf die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 3H diskutiert wurde, umfasst die Mikrofiltrationsvorrichtung von 4I auch die Kontaktzone 138a und das Kontaktpad 138b, um das Kontaktgebiet 138 zu bilden. Überdies weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 4I auch die Substratkontaktzone 139a und das Substratkontaktpad 139b auf, um das Substratkontaktgebiet 139 auszubilden.
4A bis 4H sind schematische Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Mikrofiltrationsvorrichtung von 4I veranschaulichen.
Wie in 4A und 4B dargestellt ist, wird ein Substrat 110 vorgesehen, worin der Substratteil 132' im Substrat 110 des zweiten Leitfähigkeitstyps durch einen Implantierungsprozess von Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps wie etwa eines n-Typs, gefolgt von einem thermischen Diffusionsprozess, gebildet wird.
Wie man aus 4C ersehen kann, wird die erste Schicht 132 zum Beispiel durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung auf dem Substratteil 132' ausgebildet.
Wie man aus 4D und 4E ersehen kann, wird die zweite Schicht 134 auf der ersten Schicht 132 und der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 ausgebildet. Überdies werden das Kontaktgebiet 138 und das Substratkontaktgebiet 139 wie oben in Bezug auf 3C und 3D beschrieben ausgebildet, wobei das Substratkontaktgebiet 139 zum Substrat 110 des zweiten Leitfähigkeitstyps verlängert ist.
Wie man aus 4F und 4G ersehen kann, wird die zweite Schicht 134 durch einen lithographischen Prozess strukturiert, um als eine Ätzmaskenschicht genutzt zu werden, um den Hohlraum 120 (4F) und die Poren 152 im Filterteil 150 (4G) auszubilden. Der Ätzprozess umfasst einen elektrochemischen Nassätzprozess. Durch Entfernen der zweiten Schicht 134 auf der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 (4H) wird die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 4I geschaffen.
5G zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie man aus 5G ferner ersehen kann, ist der Filterteil 150 des Mikrofilters 130 nicht bündig mit dem Rahmenteil 140 des Mikrofilters 130, sondern liegt zwischen dem Hohlraum 120 und einem zusätzlichen Hohlraum 125.
5A bis 5F sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen der Mikrofiltrationsvorrichtung von 5G veranschaulichen.
Wie man aus 5A und 5B ersehen kann, wird ein Substrat 110 vorgesehen, in welchem der zusätzliche Hohlraum 150 geschaffen wird. Danach wird die erste Schicht 132 zum Beispiel durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung geschaffen. Nach Ausbilden einer Kontaktzone 138a durch Implantation von Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps und Ausbilden einer Substratkontaktzone 139a durch Implantation von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps wird auf der ersten Schicht 132 die zweite Schicht 134 ausgebildet.
Wie in 5C gezeigt ist, werden das Kontaktpad 138b und das Substratkontaktpad 138b geschaffen nach einem Entfernen eines Teils der zweiten Schicht 134, die die Kontaktzone 138b bzw. die Substratkontaktzone 139a bedeckt.
Wie in 5D und 5E dargestellt ist, wird die zweite Schicht 134 lithographisch strukturiert, und der Hohlraum 120 (5D) und die Poren 152 (5E) werden durch einen elektrochemischen Nassätzprozess gebildet. Nach Entfernen der zweiten Schicht 134 auf der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 (5F) ist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 5G ausgebildet.
6 ist eine Querschnittsansicht einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie man aus einem Vergleich von 5G und 6 ersehen kann, weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 6 die gleiche Struktur wie die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 5G auf, unter dem Vorbehalt, dass eine poröse Halbleiterschicht vorgesehen ist, die die erste Schicht 132 innerhalb des Filterteils 150 bildet. Die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 6 wird auf eine vergleichbare Weise wie die Mikrofiltrationsvorrichtung von 5G hergestellt, vorbehaltlich des in 5E gezeigten Prozessschritts. Statt ein lithographisches Strukturieren der zweiten Schicht 134, gefolgt von einem elektrochemischen Nassätzschritt, durchzuführen, wird die zweite Schicht 134 im kompletten Filterteil 150 der ersten Schicht 132 entfernt, gefolgt von einem Prozess, um poröses Halbleitermaterial innerhalb des Filterteils 150 zu erzeugen. Das Silizium wird unter Verwendung eines Anodisierungsprozesses, der zum Beispiel mit elektrochemischen Nassätzen verbunden ist, porös gemacht.
7E ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 einer anderen Ausführungsform.
Wie man aus 7E ersehen kann, kann die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 auch gebildet werden, indem ein Halbleiter-auf-Isolator-(SOI-)Herstellungsprozess genutzt wird. Dabei wird die zweite Schicht 134 eines isolierenden Materials auf dem Substrat 110 mit einem Halbleitermaterial gebildet. Beispielsweise kann die zweite Schicht 134 eine auf dem Substrat 110 aus Silizium gebildete Siliziumoxidschicht sein. Auf der zweiten Schicht 134 wird die erste Schicht 132 ausgebildet. Die erste Schicht 132 weist ein Halbleitermaterial wie etwa Silizium auf. Folglich umfasst der Mikrofilter 130 eine Doppelschichtstruktur aus der zweiten Schicht 134 und der ersten Schicht 132, wobei die zweite Schicht 134 mit dem Substrat 110 im Rahmenteil 140 in Kontakt steht.
7A bis 7D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 7E veranschaulichen.
Wie man aus 7A und 7B ersehen kann, wird ein Substrat 110 aus einem Halbleitermaterial vorgesehen, worauf eine zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material gebildet wird. Das Halbleitermaterial kann Silizium sein; das isolierende Material kann Siliziumoxid sein. Auf der zweiten Schicht 134 wird die erste Schicht 132 aus einem Halbleitermaterial wie etwa Silizium zum Beispiel durch epitaktisches Wachstum oder Abscheidung ausgebildet. Danach wird eine Maskierungsschicht 112 auf der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 geschaffen. Die Maskierungsschicht 112 kann ein isolierendes Material wie etwa Siliziumoxid aufweisen.
Wie in 7C gezeigt ist, wird die Maskierungsschicht 112 so strukturiert, dass die zweite Oberfläche 102 des Substrats 110 bei einem Gebiet einer Überlappung des Filterteils 150 des Mikrofilters 130 großzügig freigelegt wird. Danach wird der Hohlraum 120 durch einen nasschemischen Ätzprozess geätzt.
Wie in 7D gezeigt ist, wird in einem weiteren Schritt die zweite Schicht 134 strukturiert und als Ätzmaskenschicht genutzt, um Poren 152 im Filterteil 150, die sich durch die zweite Schicht 134 und die erste Schicht 132 erstrecken, zum Beispiel durch einen anisotropen Plasmaätzprozess auszubilden. Wenn ein anisotroper Plasmaätzprozess genutzt wird, können entscheidende Porenabmessungen beibehalten werden.
8G zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie man aus einem Vergleich der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 7E mit der Mikrofiltrationsvorrichtung von 8G ersehen kann, weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 8G eine Struktur auf, die mit der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 7E vergleichbar ist, unter dem Vorbehalt, dass eine Polysiliziumschicht 132'' auf der zweiten Schicht 134 vorgesehen ist. Die Polysiliziumschicht 132'' ist eine Schicht aus Polysilizium, die auf der zweiten Schicht 134 abgeschieden wurde, wobei die erste Schicht 132 aus Polysilizium durch epitaktisches Wachstum geschaffen wird. Dies ist ein verhältnismäßig kostengünstiger Herstellungsprozess verglichen mit dem für die Mikrofiltrationsvorrichtung von 7E genutzten, wo die SOI-Substratkosten verhältnismäßig hoch sind.
8A bis 8F sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 8G veranschaulichen.
Da das Verfahren zum Herstellen der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 8G im Grunde das Gleiche wie das Herstellungsverfahren für die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 7E ist, werden im Folgenden nur die Unterschiede im Herstellungsprozess erläutert. Wie man aus 8A und 8B ersehen kann, wird das Substrat 110 vorgesehen, worauf die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material ausgebildet wird. Wie man aus 8C und 8D ersehen kann, wird die Polysiliziumschicht 132'' auf der zweiten Schicht 134, die Siliziumoxid umfasst, abgeschieden. Auf der abgeschiedenen Polysiliziumschicht 132'' wird die erste Schicht 132 aus Polysilizium auf der Polysiliziumschicht 132'' durch epitaktisches Wachstum geschaffen. Die Herstellungsschritte in 8E und 8F sind mit den Herstellungsschritten in 7C und 7D vergleichbar und werden nicht weiter im Detail erläutert.
9E ist schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Gemäß der Ausführungsform von 9E ist der Mikrofilter 130 auf das Substrat 110 gebondet. Der Mikrofilter 130 umfasst die erste Schicht 132 eines Halbleitermaterials wie etwa Silizium und die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid. Das Substrat 110 kann beispielsweise ein isolierendes Material wie etwa Glas oder undotiertes Silizium umfassen.
9A bis 9D sind Querschnittsansicht, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 9E veranschaulichen.
In einem ersten Schritt (9A) wird ein Substrat 110 vorgesehen, in welchem durch ein lithographisches Strukturieren einer Ätzmaskenschicht, gefolgt von einem Ätzprozess, ein Hohlraum 120 ausgebildet wird. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Substrat 110 Polydimethylsiloxan (PDMS) aufweisen, wobei der Hohlraum 120 im Substrat 110 durch einen Stempelprozess geschaffen wird. Alternativ dazu kann das Substrat 110 auch ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Silizium aufweisen.
Wie in 9B gezeigt ist, wird der Mikrofilter 130 mit der ersten Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material so an das Substrat 110 gebondet, dass der Rahmenteil 140 mit dem Substrat 110 in Kontakt kommt und der Filterteil 150 an den Hohlraum 120 grenzt.
Wie in 9C dargestellt ist, wird auf der ersten Schicht 132 die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material ausgebildet.
Wie in 9D dargestellt ist, wird die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material wie etwa einem Oxid durch einen lithographischen Prozess strukturiert und als eine Äkzmaske in einem Ätzprozess genutzt, um die Poren 152 innerhalb des Filterteils 150 auszubilden.
10E ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie in 10E dargestellt ist, weisen der Mikrofilter 130 und das Substrat 110 ein gleiches Material auf. Folglich weist das Substrat 110 ein halbleitendes oder leitendes Material auf. Der Mikrofilter 130 kann mittels des Kontaktpads 138b des Kontaktgebiets 138 elektrisch kontaktiert werden.
10A bis 10D sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 10E veranschaulichen.
Wie in 10A dargestellt ist, wird das Substrat 110 aus einem halbleitenden oder leitenden Material wie etwa Silizium vorgesehen, wobei die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material auf der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 ausgebildet wird.
Wie in 10B dargestellt ist, wird die zweite Schicht 134 strukturiert und als eine Ätzmaskenschicht genutzt, um den Hohlraum 120 durch einen tiefen reaktiven Ionenätz-(DRIE-)Prozess auszubilden. Der Prozess eines tiefen reaktiven Ionenätzens (DRIE) kann einen anisotropen Plasmaätzprozess unter Verwendung eines geeigneten Ätzgases, zum Beispiel zumindest eines von SF₆, Cl₂, Br₂, CCl₄, CHCl₃, CHBr₃, BCl₃, und HBR, umfassen.
Wie in 10C gezeigt ist, wird dann die zweite Schicht 134 an der ersten Oberfläche 101 strukturiert und als eine Ätzmaske genutzt, um die Poren 152 innerhalb des Filterteils 150 durch einen Ätzprozess zu bilden.
Nach Entfernen der zweiten Schicht 134 von der Oberfläche des Substrats 110 (10D) ist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 10E geschaffen.
11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Wie man aus einem Vergleich der 10E und 11 ersehen kann, unterscheidet sich die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 11 von der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 10E insofern, als der Filterteil 150 keine Vielzahl von Poren 152 aufweist, die sich von der ersten Oberfläche 101 zum Hohlraum 120 erstrecken, sondern ein poröses Halbleitermaterial wie poröses Silizium im Filterteil 150 aufweist. Das Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung von 11 ist vergleichbar mit dem Herstellungsverfahren, wie es in 10A bis 10D gezeigt wurde, unter dem Vorbehalt, dass die zweite Schicht 134 im kompletten Gebiet des Filterteils 150 entfernt wird, gefolgt von einem Ätzprozess, um poröses Silizium im Filterteil 150 zu erzeugen.
In den Ausführungsformen von 3H bis 11 wurden Mikrofiltrationsvorrichtungen 100 beschrieben, welche aus einkristallinem Silizium oder epitaktischem Polysilizium gebildet werden können, was eine Filtration von Blutkomponenten, die zum Beispiel Blutplasma enthalten, basierend auf lithographisch definierten und geätzten Poren 152 ermöglicht. Mikrofiltrationsvorrichtungen 100, die Silizium oder epitaktisches Polysilizium nutzen, sind elastisch und robust verglichen mit Siliziumnitrid- und Polymermembranen. Darüber hinaus ist die Siliziummembran nicht zu dick und kann in einer Halbleiterfabrik hergestellt werden. Die Mikrofiltrationsvorrichtungen 100 wie oben beschrieben, insbesondere die Mikrofiltrationsvorrichtungen aus elektrochemisch nassgeätztem Silizium der 3H und 4, die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 aus elektrochemisch doppelseitig nassgeätztem Silizium von 5G, die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 aus elektrochemisch doppelseitig nassgeätztem Silizium mit zwei Hohlräumen im gleichen Substrat und einer porösen Anordnung von 6, die auf anisotrop plasmageätztem Silizium-auf-Halbleiter (SOI) basierende Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 7E, die auf einem nasschemisch geätzten Epi-Polysilizium-auf-Halbleiter basierende Mikrofiltrationsvorrichtung von 8G, die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 mit gebondetem und geätztem Silizium von 9E, die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 aus mit reaktiven Ionen tiefgeätztem (DRIE) Silizium gemäß 10E oder die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 aus mit reaktiven Ionen tiefgeätztem (DRIE) Silizium mit einer porösen Anordnung gemäß 11 sind Ausführungsformen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100, wobei bestimmte Merkmale oder Strukturen der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden können, falls nicht etwas anderes explizit erwähnt wird. Zum Beispiel können die Filterteile 150 der Ausführungsformen wie in 3H und 4 gezeigt auch eine poröse Halbleiterschicht statt Poren 152, wie in der Ausführungsform von 6 gezeigt, aufweisen.
Im Folgenden werden zwei weitere Ausführungsformen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 beschrieben.
12I ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie aus 12I ersehen werden kann, umfasst die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 die erste Schicht 132 aus dem halbleitenden oder leitenden Material, die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material und weist ferner eine dritte Schicht 136 aus einem isolierenden Material auf, wobei die erste Schicht 132 zwischen der zweiten Schicht 134 und der dritten Schicht 136 sandwichartig angeordnet ist. Folglich umfasst die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 ein Substrat 110, auf welchem die dritte Schicht 136 aus einem isolierenden Material ausgebildet ist. Auf der dritten Schicht 136 ist die erste Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material ausgebildet, und auf der ersten Schicht 132 ist die zweite Schicht 134 aus einem isolierenden Material ausgebildet. Wie man aus 12I ersehen kann, weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 einen Mikrofilter 130 auf, der einen Rahmenteil 140 in Kontakt mit dem Substrat 110, einen Filterteil 150, der an den Hohlraum 120 angrenzt, auf und weist ferner einen Entlüftungslochteil 330 auf, welcher in Bezug auf 14 in allen Einzelheiten diskutiert werden wird.
12A bis 12H sind Querschnittsansichten, die ein Verfahren zum Herstellen einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 nach 12I veranschaulichen.
Wie in 12A dargestellt ist, wird das Substrat 110 vorgesehen, worauf auf sowohl der ersten Oberfläche 101 als auch der zweiten Oberfläche 102 die dritte Schicht 136 und die erste Schicht 132 ausgebildet werden. Auf der Seite der ersten Oberfläche 101 des Substrats 110 wird die erste Schicht 132 lithographisch strukturiert, um die Poren 152 und das Entlüftungsloch 330 auszubilden, die sich nur durch die erste Schicht 132 erstrecken.
Wie in 12B gezeigt ist, wird auf beiden Seiten des Substrats 110 die zweite Schicht 134 so ausgebildet, dass die zweite Schicht die strukturierte erste Schicht 132 und die dritte Schicht 136 auf der Seite der ersten Oberfläche 101 bedeckt und ferner die dritte Schicht 136, die nicht strukturiert ist, und die erste Schicht 132 auf der Seite der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 bedeckt. Das Substrat 110 kann Silizium aufweisen, die dritte Schicht 136 und die zweite Schicht 134 können eine Schicht aus einer chemischen Gasphasenabscheidung aufweisen, die Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid umfasst, und die erste Schicht 132 kann Polysilizium umfassen.
Wie in 12C und 12D gezeigt ist, werden die Poren 152 und das Entlüftungsloch 330 mittels eines lithographischen Prozesses so ausgebildet, dass sie sich durch die zweite Schicht 134, die erste Schicht 132 und die dritte Schicht 136 erstrecken.
Wie aus 12D ersehen werden kann, wird die Seite der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 110 so behandelt, dass die Schichtstruktur der ersten bis dritten Schichten 132, 134 und 136 zusammen mit einem Teil des Substrats 110, der an die zweite Oberfläche 102 grenzt, entfernt werden. Die Entfernung dieser Schichten und des Teils des Substrats 110 kann durch einen Substrat abdünnenden Prozess wie etwa mechanisches Schleifen und Polieren oder nasschemisches Ätzen oder einen chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Prozess durchgeführt werden.
Wie in 12E dargestellt ist, wird eine Maskierungsschicht 112, zum Beispiel eine Schicht aus einer chemischen Gasphasenabscheidung, die ein Oxid, undotiertes Silikatglas (USG) oder Kohlenstoff umfasst, auf der zweiten Oberfläche 102 abgeschieden, die durch den Substrat abdünnenden Prozess geschaffen wurde. Nach Strukturieren der Maskierungsschicht 112, um Gebiete freizulegen, die mit den Filterteilen 150 und dem Entlüftungsloch 330 überlappen, wird ein elektrochemischer Nassätzprozess durchgeführt, um den Hohlraum 120 zu schaffen, der an den Filterteil 150 des Mikrofilters 130 angrenzt, und um ein Durchgangsloch durch die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 im Bereich des Entlüftungslochs 330 zu schaffen (12G).
Durch Umlegen der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 in einer vertikalen Richtung wird die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 13H geschaffen.
13H ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie man aus einem Vergleich von 12I und 13H ersehen kann, unterscheidet sich die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 13H von der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 12I nur im Ätzprofil des Substrats 110. Der Unterschied in der Struktur des Hohlraums 120 kann am besten aus dem Herstellungsprozess, welcher in 13A bis 13G dargestellt ist, verstanden werden.
Wie man aus 13A und 13B ersehen kann, ist der Prozess zum Herstellen der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 13H der gleiche wie schon in Bezug auf 12A und 12B dargestellt.
Wie in 13C gezeigt ist, wird jedoch vor dem Substrat abdünnenden Prozess, zum Beispiel einem mechanischen Schleifen und Polieren oder einer nasschemischen Ätzung oder einem chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Prozess, kein lithographischer Schritt durchgeführt.
Die Prozessschritte in 13D und 13E sind wieder vergleichbar mit den Prozessschritten wie in 12E und 12F dargestellt.
Wie man aus 13F ersehen kann, werden der Hohlraum 120 und die Poren 152 sowie das Entlüftungsloch 330 durch einen Plasmaätzprozess ausgebildet, der nur von der Seite der zweiten Oberfläche 102 aus durchgeführt wird. Nach Umlegen der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 in einer vertikalen Richtung (13G) ist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 von 13H geschaffen.
Wie man aus 12I und 13H ersehen kann, kann eine Mikrofiltrationsvorrichtung 100 einen Dünnschichtmembranstapel nutzen, der aus einem Dielektrikum (Oxid oder Nitrid oder Carbid), einer leitfähigen Schicht (Polysilizium), welche eine Abstimmbarkeit der Steifigkeit aufweist, und einer dritten dielektrischen Schicht (Oxid oder Nitrid oder Carbid) besteht, welche verglichen mit einer einschichtigen Siliziumnitridmembran oder Polymermembran elastisch und robust sind. Kleine Mikroporen 152 können unter Verwendung lithographisch definierter und geätzter Poren 152 in den Membranstapel geätzt werden. Außerdem ist die Membran aus einem Dreifachstapel der dritten Schicht 136, der ersten Schicht 132 und der zweiten Schicht 134 nicht zu dick und kann in einer Halbleiterfabrik hergestellt werden.
Wie man aus 3H bis 13H ersehen kann, weist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 einen Mikrofilter 130 auf, der einen Rahmenteil 140 in Kontakt mit dem Substrat 110 und einen an den Hohlraum 120 angrenzenden Filterteil 150 umfasst, wobei der Mikrofilter 130 in sowohl dem Rahmenteil 140 als auch dem Filterteil 150 ein halbleitendes oder leitendes Material aufweist. Um einen Filtrationseffekt des Filterteils 150 zu erzielen, kann der Filterteil 150 einen porösen Halbleiter wie etwa poröses Silizium aufweisen oder kann Poren 152 aufweisen, die sich von der Seite der ersten Oberfläche 101 des Substrats zum Hohlraum 120 erstrecken. Der Filterteil 150 kann Poren 152 aufweisen, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind. Der Filterteil 150 kann auch Poren 152 einer einheitlichen Porengröße aufweisen, wobei die einheitliche Porengröße eine Größe in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm sein kann und von der Anwendung abhängt. Gemäß einer Ausführungsform kann die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 dafür geeignet sein, eine Blutprobe in eine Plasmakomponente und zelluläre Komponenten wie in 31 gezeigt zu trennen. Gemäß einer Ausführungsform kann somit der Filterteil 150 des Mikrofilters 130 ein Mikrosieb mit einer Vielzahl von Poren 152 bilden, die in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind und eine einheitliche Porengröße aufweisen. Einheitliche Porengröße meint das Vorsehen einer Vielzahl von Poren 152 mit einer engen Porengrößenverteilung. Beispielsweise kann die Porengrößenverteilung, das heißt die Standardabweichung, weniger als 5% oder weniger als 2% oder weniger als 1% betragen. Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Poren 152 im Filterteil 150 mit verschiedenen Porengrößen vorzusehen, wobei die Poren 152 mit der größten Porengröße die maximale Größe der Filtratkomponenten definieren. Die mittlere Distanz zwischen den Poren 152 kann in Abhängigkeit von der geforderten Robustheit in einem Bereich von 2 μm bis 10 μm liegen. Das Verhältnis einer Öffnungsfläche der Poren 152 und der kompletten Fläche des Filterteils 150 kann in einem Bereich zwischen 0,1 und 0,7 liegen.
14 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Abschnitts einer Sensorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Wie man aus 14 ersehen kann, kann die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 der 12I und 13H mit einer gestapelten Schicht aus der dritten Schicht 136, der ersten Schicht 132 und der zweiten Schicht 134 in einer Sensorvorrichtung 300 verwendet werden, in welcher ein Sensor 200 an einer Filtratseite 154 des Filterteils 150 gelegen ist. Der Sensor 200 ist dafür geeignet, eine Eigenschaft eines Filtrats 620 zu messen, welches durch den Filterteil 150 aus einem Feed 610 von einem Fluid wie etwa Blut gefiltert wird. Die Sensorvorrichtung 300 weist ein Reservoir 310 auf, um ein Feed 610 aufzunehmen. Wie man aus 14 ersehen kann, kann der Hohlraum 120 in Abhängigkeit von der Montage der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 innerhalb der Sensorvorrichtung 300 auf einer Zufuhr- bzw. Feed-Seite 156 oder auf einer Filtratseite 154 liegen. Das Feed 610 kann ein medizinisch interessierendes Fluid wie etwa Blut eines Menschen oder eines Tieres sein. Die Sensorvorrichtung 300 kann jedoch auch auf weiteren Gebieten biologischer und chemischer Analytik verwendet werden. So kann die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 zusammen mit der Sensorvorrichtung 300 auf dem Gebiet der Gassensorik verwendet werden, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 einen Gasfilter oder einen Schutz für den Sensor 200 gegen Staubpartikel einer bestimmten Größe bildet. Überdies kann die Sensorvorrichtung 300 beim Analysieren einer Wasserqualität verwendet werden.
Wie man aus 14 ersehen kann, ist die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 an ein Sensorsubstrat 210 gebondet, auf welchem der Sensor 200 mittels einer Verbindung bzw. eines Bonding 320 ausgebildet ist. Das Bonding 320 kann einen Abstandshalter bilden, um eine Messkammer 325 zwischen dem Sensorsubstrat 210 und der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 auszubilden. Das Bonding 320 dichtet ferner den Spalt zwischen dem Sensorsubstrat 210 und der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 ab, um die Messkammer 325 zu schaffen. Der Zulauf bzw. das Feed 610 wird vom Reservoir 310 in die Messkammer 325 durch den Filterteil 150 des Mikrofilters 130 der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 als ein Filtrat 620 nach einer Filtration durch den Filterteil 150 eingeführt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Entlüftungsloch 330 vorgesehen, um die Einführung eines Filtrats 620 in die Messkammer 325 zu erleichtern. Der Sensor 200 kann eine Sensorelektrode 220 wie in 14 gezeigt aufweisen. Der Sensor 200 kann jedoch verschiedene Arten von Sensoren aufweisen, wie im Folgenden diskutiert werden wird. Die Sensorelektrode 220 kann durch Abscheiden oder Sputtern oder Implantierung geschaffen werden. Die erste Schicht 132 im Mikrofilter 130 kann eine weitere Sensorelektrode des Sensors 200 bilden.
Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Kontaktgebiet 138, das mit dem halbleitenden oder leitenden Material im Filterteil 150 elektrisch verbunden ist, und der auf dem Sensorsubstrat 210 ausgebildete Sensorelektrode 220 bilden die Sensorelektrode der ersten Schicht 132 und die Sensorelektrode 220 auf dem Sensorsubstrat 210 einen Impedanz-(kapazitiven) oder einen amperometrischen Sensor. Außerdem können die Elektroden der ersten Schicht 132 und die Sensorelektrode 220 in ein Elektrospray bzw. eine Elektrosprüheinrichtung für eine elektrostatische Fluidzuführung ausgebildet werden, die durch Tropfen für eine Zuführung von Blutplasma zur Sensorelektrode 220 induziert wird, um ein Verstopfen der Poren 152 zu vermeiden und die Filtrationszeit im Vergleich zu einer differenzdruckbasierten Fluidförderung zu minimieren. Eine analytische Abschätzung für eine einzelne Pore 152 ist in 32 dargestellt. Wie man aus 32 ersehen kann, wird basierend auf dem Spalt zwischen der Elektrode der ersten Schicht 132 und der Sensorelektrode 220 die erforderliche angelegte Spannung für einen Mikrotropfenmodus für menschliches Blut veranschaulicht.
Wie in 14 gezeigt ist, kann somit eine Mikrofiltrationsvorrichtung 100, die aus einem mehrschichtigen (dreifach gestapelten) Dünnschichtmembranstapel mit vordefinierten Poren 152 besteht, die eine Filtration von Blutkomponenten einschließlich des Blutplasmas erlauben, in einer Sensorvorrichtung 300 verwendet werden, wobei die kleinen Mikroporen 152 lithographisch definiert und in den mehrschichtigen Membranstapel geätzt sind. Der Dreifachstapel aus der dritten Schicht 136, der ersten Schicht 132 und der zweiten Schicht 134 weist eine leitfähige Mittelschicht auf, die von dielektrischen oberen und unteren Schichten bedeckt ist. Die Mittelschicht ist mit Polysilizium ausgebildet, dessen Steifigkeit durch Implantierung abgestimmt werden kann, und außerdem kann diese Schicht auch elektrisch aktiv gemacht werden. Wenn dieser Dreifachstapel-MEMS-Filterchip, das heißt die Mikrofiltrationsvorrichtung 100, mit einem Sensorsubstrat 210 mit einer Sensorelektrode 220 kombiniert wird, können die durch die erste Schicht 132 gebildeten Elektroden und die Sensorelektrode 220 für eine Impedanz-(kapazitive) oder amperometrische Messung bzw. Erfassung genutzt werden. Außerdem kann ein Filtrat wie etwa Blutplasma gesammelt werden, indem eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrode der ersten Schicht 132 und der Sensorelektrode 220 für eine elektrostatische Fluidzuführung unter Verwendung des Tröpfchenmodus einer Elektrosprüheinrichtung angelegt wird, um ein Verstopfen zu vermeiden und die Filtrationszeit zu minimieren. Hierin bildet der Filterteil 150 die Sensorelektrode des Sensors 200.
15 und 16 zeigen schematische Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen einer Sensorvorrichtung 300. Der Mikrofilter 130 ist als eine Einschichtstruktur dargestellt. Alle Mikrofiltrationsvorrichtungen 100, wie sie oben in Bezug auf 3H bis 13H diskutiert wurden, können jedoch in den Sensorvorrichtungen 300 verwendet werden, wie in Bezug auf 14 bis 30, 33A, 33B, 34A und 34B diskutiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform arbeitet die Sensorvorrichtung 300 als ein Biosensorchip mit der Mikrofiltrationsvorrichtung 100 und dem Sensor 200. Die Sensorvorrichtung 300 ermöglicht die Detektion und Messung verschiedener Blutparameter für eine Point-of-Care-Prüfung (POCT). Mittels der Sensorvorrichtung 300 können Patienten verschiedene Blutparameter bei sich zu Hause bequem unter Verwendung der Sensorvorrichtung 300 als eine Vorrichtung zur Point-of-Care-Prüfung messen. Verglichen mit mehreren anderen medizinischen Diagnoselösungen wird das Blutplasma zuerst aus dem Blut gefiltert, und dann wird das Filtrat hinsichtlich verschiedener, auf den Körperzustand bezogener Parameter gemessen.
Wie man aus 15 und 16 ersehen kann, weist der Sensor 200 die Sensorelektrode 220 auf. Der Sensor 200 kann ferner eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 230 aufweisen. Mittels der Sensorelektrode 220 und der ausgelesenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 230 im Sensorsubstrat 210 kann der Sensor 200 zumindest einen Blutparameter detektieren, der sich auf den Körperzustand von Patienten bezieht, wie beispielsweise einen Glukosepegel, eine Infektion, Hormone, Salze.
Wie man aus einem Vergleich der 15 und 16 ersehen kann, kann der Hohlraum 120 auf einer Filtratseite (15) oder auf einer Feed-Seite (16) sein. Die Sensorvorrichtung 300, wie in 15 und 16 gezeigt, kann eine elektrische Auslesung aufweisen. Die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 kann auch auf einer Oberseite eines gaschemischen Sensors 200 zum Schutz gegen Staub und Partikel verwendet werden. Überdies kann die erste Schicht 132 im Mikrofilter 130, die als eine zusätzliche Elektrode dient, verwendet werden, um elektrische Eigenschaften von Komponenten des Feed 610, welche den Filterteil 150 nicht passiert haben, zu erfassen.
17 und 18 zeigen weitere Ausführungsformen einer Sensorvorrichtung 300. In den Ausführungsformen der 17 und 18 kann der Sensor 200 einen optischen Sensor 240 aufweisen. Der optische Sensor 240 kann mit der anwendungsspezifischen integrierten Schaltung 230 verbunden sein, um eine optoelektronische Auslesung vorzusehen. Die Sensorvorrichtungen 300, wie sie in 17 und 18 dargestellt sind, können auch als eine gaschemische Sensorvorrichtung genutzt werden, wobei die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 den Sensor 200 gegen Staub und Partikel schützt. Wie man aus 17 und 18 ersehen kann, besteht der Unterschied zwischen den Sensorvorrichtungen 300 wieder in der Lage des Hohlraums 120, wobei der Hohlraum 120 entweder auf der Filtratseite 154 (17) oder auf der Feed-Seite 154 (18) angeordnet ist.
Wie man aus 14 bis 18 ersehen kann, ist der Sensor 200 auf einem Sensorsubstrat 210 angeordnet, wobei das Sensorsubstrat 210 an die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 so gebondet bzw. mit ihr verbunden ist, dass der Sensor 200 dem Filterteil 150 zugewandt ist. Durch diese Anordnung des Sensors 200 bezüglich des Filterteils 150 kann ein Zusammenbau der Sensorvorrichtung, die den Sensor 200 und die Mikrofiltrationsvorrichtung 100 umfasst, erleichtert werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Sensor 200 so angeordnet wird, dass er dem Filterteil 150 nicht zugewandt ist.
19 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Sensorvorrichtung 300 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie man aus 19 ersehen kann, umfasst der Mikrofilter 130 den Rahmenteil 140 in Kontakt mit dem Sensorsubstrat 210 und einen Filterteil 150, der an den Hohlraum 120 angrenzt. Der Filterteil 120 ist gemäß der Ausführungsform von 19 eine an der Oberfläche mikromechanisch bearbeitete Membran, die mittels für mikromechanische Systeme (MEMS) genutzter Prozesse hergestellt wurde. Der Mikrofilter 130 weist in sowohl dem Rahmenteil 140 als auch dem Filterteil 150 ein halbleitendes oder leitendes Material auf. Gemäß einer Ausführungsform weisen der Rahmenteil 140 und der Filterteil 150 ein Halbleitermaterial wie etwa Silizium auf.
Gemäß der Ausführungsform von 19 ist die Sensorelektrode 220 auf dem Sensorsubstrat 210 angeordnet. Wie aus der Ausführungsform von 20 ersehen werden kann, kann jedoch die Sensorelektrode 220 des Sensors 200 auch so angeordnet sein, dass sie Teil des Filterteils 150 ist. Wie schon oben diskutiert wurde, kann die erste Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material die Sensorelektrode 220 bilden. Es ist jedoch auch möglich, dass eine separate Metallisierungsschicht an der Filtratseite 154 des Filterteils 150 vorgesehen wird.
21 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Filterteils 150 eines an der Oberfläche mikromechanisch bearbeiteten MEMS-Mikrofilters, wobei 22 eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Schnittebene A-A' von 21 ist.
Wie man aus 22 ersehen kann, hat der Filterteil 150 eine Länge in einem Bereich zwischen 10 μm und 1000 μm. Die Schichtdicke H1 kann in einem Bereich zwischen 100 nm und 5 μm liegen. Die Hohlraumhöhe H2 kann in einem Bereich zwischen 100 nm und 20 μm liegen.
Gemäß einer Ausführungsform des Mikrofilters 130 von 21 können abstützende Säulen 340 genutzt werden, um den Filterteil 150 auf dem Sensorsubstrat 210 abzustützen. Die abstützenden Säulen 340 sind auf der ersten Oberfläche 101 des Sensorsubstrats 210 angeordnet und liegen an der Filtratseite 154 des Filterteils 150 an. Die abstützenden Säulen 340 sind in 23 und 24 dargestellt. Infolge der abstützenden Säulen 340 zeigt die Halbleitermembran 350 eine verbesserte Robustheit und Stabilität gegen mechanische Belastungen. Die maximale, freitragende bzw. nicht abgestützte Seitenlänge LS kann in einem Bereich zwischen 5 μm und 100 μm liegen. Das Verhältnis zwischen der Schichtdicke H1 des Filterteils 150 und der maximalen, nicht abgestützten Seitenlänge LS kann von der Anordnung der abstützenden Säulen 340 abhängen. Die abstützenden Säulen 340 können in einem regelmäßigen Muster wie in 24 gezeigt angeordnet sein. Beispielsweise können die abstützenden Säulen 340 in einem rechtwinkligen Matrixmuster angeordnet sein.
25 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Sensorvorrichtung 300 gemäß einer anderen Ausführungsform.
Wie in 25 gezeigt ist, ist die Halbleitermembran 350 ohne jegliche Poren 152 an einer Mikrofiltrationsvorrichtung 100 wie oben diskutiert ausgebildet. Die Halbleitermembran 350 bildet die Filtratsammel- und Messkammer 325. In der Ausführungsform von 25 ist die Sensorelektrode 220 Teil des Filterteils 150. In der Ausführungsform von 26 ist die Sensorelektrode 220 auf einer inneren Oberfläche der Halbleitermembran 350, die dem Filterteil 150 zugewandt ist.
27 ist eine schematische Draufsicht einer Multisensorvorrichtung 400 gemäß einer Ausführungsform.
Wie man aus 27 ersehen kann, sind zumindest zwei Sensorvorrichtungen 300a, 300b, 300c und 300d nebeneinander in einer lateralen Richtung x und einer lateralen Richtung y angeordnet. Eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Multisensorvorrichtung 400, die entlang der Schnittebene B-B' von 27 gelegt ist, kann typischerweise wie in 28 dargestellt sein. Eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der Multisensorvorrichtung 400, die entlang der Schnittebene C-C' von 27 gelegt ist, kann typischerweise wie in 29 dargestellt sein.
Die Struktur der Mikrofiltrationsvorrichtung 100a in 27 bis 29 ist in Bezug auf 3H und 3A bis 3G in allen Details diskutiert. Die Struktur der Mikrofiltrationsvorrichtung 100c ist in Bezug auf 4I und 4A bis 4H in allen Einzelheiten diskutiert. Das Kontaktgebiet 138 zum Kontaktieren des Filterteils 150 und das Substratkontaktgebiet 139 zum Kontaktieren des Substrats 110 können jedoch von den Mikrofiltrationsvorrichtungen 100a bis 100d gemeinsam genutzt werden.
Obgleich in 28 nicht explizit dargestellt, sind die Poren 152 so gewählt, dass sie verschiedene einheitliche Porengrößen in den Sensorvorrichtungen 300a, 300b, 300c und 300d aufweisen. Durch Tropfen eines Feed 610 auf die Sensorvorrichtung 400, wie in 27 gezeigt, werden folglich verschiedene Filtrate 620a bis 620d in Abhängigkeit von den einheitlichen Porengrößen der jeweiligen Mikrofiltrationsvorrichtungen 100a bis 100d erzeugt und in die jeweiligen Hohlräume 120a bis 120d eingeführt. Die jeweilige Eigenschaft der Filtrate 620a bis 620d wird dann jeweils von den Sensoren 200a bis 200d gemessen. Folglich kann ein Feed 610 wie etwa Blut in verschiedene Filtrate 620a bis 620d getrennt werden, um verschiedene Eigenschaften mittels der Sensoren 200a bis 200d zu messen.
Obgleich in 27 dargestellt ist, dass vier Sensorvorrichtungen 300a bis 300d nebeneinander in einer lateralen Richtung oder innerhalb einer lateralen Ebene angeordnet sind, ist es ebenfalls möglich, eine Vielzahl verschiedener Sensorvorrichtungen 300 zusammenzusetzen, die Filterteile mit Poren 152 aufweisen, die jeweils verschiedene Porengrößen haben.
Das Bonding bzw. die Verbindung 320 ist auf dem Sensorsubstrat 210, worauf die jeweiligen Sensoren 200a bis 200d angeordnet sind, so angeordnet, dass jeweilige Hohlräume 120a bis 120d ausgebildet werden, welche die verschiedenen Filtrate 620a bis 620d aufnehmen. Alle Hohlräume 120a bis 120d können mit dem Entlüftungsloch 330 in Fluidkontakt stehen, um die Einführung der Filtrate 620a bis 620d in die jeweiligen Hohlräume 120a bis 120d zu erleichtern oder um den Differenzdruck über die Filtratmembran auszugleichen.
30 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Multisensorvorrichtung 500 gemäß einer weiteren Ausführungsform.
Wie man aus 30 ersehen kann, sind zumindest zwei Sensorvorrichtungen 300a bis 300c in einer vertikalen Richtung z aufeinandergestapelt. Obgleich in 30 nicht explizit dargestellt, können die Poren 152 verschiedene einheitliche Porengrößen aufweisen. Beispielsweise können die Poren 152 der Mikrofiltrationsvorrichtung 100a eine erste Porengröße aufweisen, die Poren 152 der Mikrofiltrationsvorrichtung 100b können eine zweite Porengröße aufweisen, die kleiner als die erste Porengröße ist, und die Poren 152 der Mikrofiltrationsvorrichtung 100c können eine dritte Porengröße aufweisen, die kleiner als die zweite Porengröße ist. Folglich kann eine kaskadierte Multisensorvorrichtung 500 geschaffen werden, in der ein Feed 610 in ein erstes Filtrat 620a im Hohlraum 120a der ersten Sensorvorrichtung 300a, in ein Filtrat 620b im Hohlraum 120b der Sensorvorrichtung 300b und in ein Filtrat 620c im Hohlraum 120c der Sensorvorrichtung 300c getrennt wird. Mit anderen Worten ist das Filtrat 620a ein Filtrat vom Feed 610, das durch den Filterteil 150a gefiltert wurde, ist das Filtrat 620b ein Filtrat vom Filtrat 620a, das mittels des Filterteils 150b filtriert wurde, und das Filtrat 620c ist ein mittels des Filterteils 150c gefiltertes Filtrat vom Filtrat 620b.
Eine Eigenschaft der Filtrate 620a bis 620c wird jeweils mittels der Sensoren 200a bis 200c gemessen. Wie aus 30 ersehen werden kann, kann der Sensor 200c auf einem Sensorsubstrat 210 angeordnet sein, wobei der Sensor 200c dem Filterteil 150c der Sensorvorrichtung 300c zugewandt ist. Die Sensoren 200a und 200b können Teil des Filterteils 150b bzw. 150c sein. Wie schon oben diskutiert wurde, kann die erste Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material die Sensorelektrode der Sensoren 200b und 200c bilden. Der Filterteil 150a, der ein halbleitendes oder leitendes Material aufweist, kann genutzt werden, um das Filtrat 620a durch einen Elektrosprüheffekt, wie oben diskutiert und wie in 32 gezeigt, in den Hohlraum 120a einzuführen.
Folglich wird eine Multisensorvorrichtung 500 geschaffen, welche eine aus Silizium oder epitaktischem Polysilizium bestehende Mikrofiltrationsvorrichtung 100 nutzt, welche gestapelt sein kann, um einen Multimembranfilter zu bilden.
Wie oben diskutiert wurde, wird ein Biosensorchip beschrieben, um zuerst Blut zu filtrieren und dann verschiedene Blutparameter zu messen, bestehend aus einem MEMS-Filtrationselement in Kombination mit einem Sensor und einer ASIC (Ausleseelektronik) für eine Point-of-Care-Prüfung (POCT). Außerdem erlaubt die MEMS-Vorrichtung eine größenbasierte Trennung verschiedener Blutkomponenten wie beispielsweise RBCs, WBCs, Blutplättchen, wie in 31 dargestellt ist.
33A und 33B sind schematische Querschnittsansichten eines Abschnitts einer Sensorvorrichtung 300 gemäß weiteren Ausführungsformen, wobei 34A und 34B Draufsichten der Sensorvorrichtung 300 gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind.
Wie man aus 33A ersehen kann, kann die erste Schicht 132 aus dem halbleitenden oder leitenden Material eine zusammenhängende Schicht, wie oben beschrieben, sein oder kann eine strukturierte Schicht sein, die auf der zweiten Schicht 134 aus dem isolierenden Material ausgebildet ist.
Gemäß der Ausführungsform von 33A bildet die strukturierte Schicht der ersten Schicht 132 aus dem halbleitenden oder leitenden Material zusammen mit der zweiten Schicht 134 aus einem isolierenden Material eine gestapelte Schicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann, wie man aus 33B ersehen kann, die strukturierte erste Schicht 132 aus dem halbleitenden oder leitenden Material zwischen der zweiten Schicht 134 und der dritten Schicht 136 aus dem isolierenden Material sandwichartig angeordnet sein, wie für eine zusammenhängende erste Schicht 132 in Bezug auf 12I zum Beispiel beschrieben wurde. Obgleich 33B die gestapelte Schicht aus der zweiten Schicht 134, der ersten Schicht 132 und der dritten Schicht 136 als eine Schichtstruktur schematisch zeigt, in der die erste Schicht 132 aus einem leitenden oder halbleitenden Material von dem Feed 610 im Reservoir 310 nicht elektrisch isoliert ist, kann die Schichtstruktur wie in 33B gezeigt auch wie in 12I dargestellt ausgebildet sein, worin die strukturierte erste Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material durch die zweite Schicht 134 und/oder die dritte Schicht 136 eingekapselt ist und somit von dem Feed 610 oder dem Filtrat 620 elektrisch isoliert ist.
Überdies kann eine zusätzliche Elektrode 360 an der inneren Wand des Reservoirs 310 genutzt werden, die mit dem Feed 610 in Kontakt steht. So kann die zusätzliche Elektrode 360 als eine Ringelektrode ausgebildet sein, die die innere Wand des Reservoirs 310 umgibt. Die zusätzliche Elektrode 360 kann als eine Gegenelektrode oder eine Referenzelektrode für Impedanzspektroskopie oder amperometrische Messungen genutzt werden.
Beispiele verschiedener Strukturen der strukturierten Schicht der ersten Schicht 132 aus dem halbleitenden oder leitenden Material sind als Draufsichten der Sensorvorrichtung 300 in 34A und 34B dargestellt.
Gemäß 34A kann die strukturierte Schicht der ersten Schicht 132 eine ineinander verzahnte Elektrodenstruktur oder eine kammartige Elektrodenstruktur aufweisen. In der Ausführungsform wie in 34A gezeigt weist das Kontaktgebiet 138 im Rahmenteil 140, das mit dem halbleitenden oder leitenden Material im Filterteil 150 elektrisch verbunden ist, separate erste und zweite Kontaktgebiete 1381 und 1382 zum Kontaktieren verschiedener isolierter Teile, erste und zweite Elektroden 1321 und 1322 der ersten Schicht 132 bildend, auf. Beispielsweise kann somit eine Impedanzspektroskopiemessung durch Bestimmen der Transferfunktion zwischen den ineinander verzahnten ersten und zweiten Elektroden 1321, 1322 der strukturierten ersten Schicht 132 durchgeführt werden, wobei die ersten und zweiten Elektroden 1321 und 1322 durch das erste Kontaktgebiet 1381 bzw. das zweite Kontaktgebiet 1382 kontaktiert sind. Zum Durchführen einer Impedanzspektroskopie hat eine Isolierung der ersten Schicht 132 gegen das Feed 610 und das Filtrat 620, wie aus der Sensorvorrichtung 300 von 33B ersehen werden kann, den Vorteil, dass zwischen der leitenden oder halbleitenden strukturierten ersten Schicht 132 und dem Feed 610 oder dem Filtrat 620 keine elektrochemische Reaktion stattfindet.
Falls die strukturierte erste Schicht 132 (oder auch die zusammenhängende leitende oder halbleitende erste Schicht 132) verwendet wird, um amperometrische Messungen durchzuführen, kann jedoch die Erzeugung eines Stroms von einer Elektrode der ersten Schicht 132 in das Feed 610 von Vorteil sein. In solch einem Fall kann die Struktur wie in 33A gezeigt genutzt werden, in der die leitende oder halbleitende erste Schicht 132 mit dem Feed 610 in elektrischem Kontakt steht.
Wie man für die Ausführungsform von 34B sehen kann, ist die Anzahl separater Elektroden, die durch Strukturieren der ersten Schicht 132 ausgebildet werden, nicht auf zwei separate erste und zweite Elektroden 1321, 1322 wie in 34A gezeigt beschränkt. Im Fall einer amperometrischen Messung beispielsweise können drei Elektroden 1383 bis 1385 genutzt werden, wobei eine dritte Elektrode 1323 als Arbeitselektrode genutzt wird, die vierte Elektrode 1324 als Referenzelektrode genutzt wird und die fünfte Elektrode 1325 als Hilfselektrode genutzt wird. Wie man aus 34B ersehen kann, ist die dritte Elektrode 1323 mit einem dritten Kontaktgebiet 1383 verbunden, ist die vierte Elektrode 1324 mit einem vierten Kontaktgebiet 1384 verbunden, und die fünfte Elektrode 1325 ist mit einem fünften Kontaktgebiet 1385 verbunden.
Die Struktur der jeweiligen Elektroden, wie oben beschrieben, ist nicht auf eine spezifische Form beschränkt und kann an das Anwendungsgebiet angepasst werden. Wie aus 34B ersehen werden kann, kann zum Beispiel die fünfte Elektrode 1325 eine Mäanderform aufweisen, wobei die vierte Elektrode 1324 eine Antennenform aufweisen und die dritte Elektrode 1323 eine zusammenhängende ebene Form haben kann. Weitere Strukturen der oben beschriebenen Elektroden können eine Spiralform für eine induktive Kopplung oder eine Ringform umfassen. In allen beschriebenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 132 auch nicht strukturiert sein und kann eine zusammenhängende Elektrode sein, die die komplette Oberfläche der zweiten Schicht 134 bedeckt, wobei beispielsweise die zusätzliche Elektrode 360 als eine Gegenelektrode genutzt werden kann. Die zusätzliche Elektrode 360 kann überdies separate Elektroden aufweisen, um als eine Referenzelektrode und eine Hilfselektrode getrennt kontaktiert zu werden, wobei die erste Schicht 132, die mit dem Feed 610 in Kontakt steht, als die Arbeitselektrode für amperometrische Messungen genutzt werden kann.
Folglich können die ersten bis fünften Elektroden 1321 bis 1325 der strukturierten oder gemusterten ersten Schicht 132 oder einer zusammenhängenden ersten Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material in Kombination mit einer oder mehr zusätzlichen Elektroden 360 verwendet werden, um Messungen an dem Feed 610 und/oder dem Filtrat 620 mittels Impedanzspektroskopie oder amperometrischer Messungen durchzuführen. Die ersten bis fünften Elektroden 1321 bis 1325 innerhalb oder auf der zweiten Schicht 134 können strukturiert sein, um Messungen am Feed 610 durchzuführen, das zum Beispiel Gesamtblut ist, wobei das Filtrat 620 ein Blutplasma sein kann. Die oben beschriebenen Elektrodenstrukturen können zwei Elektroden für Impedanzspektroskopiemessungen oder drei Elektroden für amperometrische oder voltametrische Messungen umfassen. Indem ferner die Sensorelektrode 220 genutzt wird, können zusätzliche Messungen am Filtrat 620 durchgeführt werden. Eine Anwendung der beiden separaten Messungen des Feed 610 und des Filtrats 620 kann eine Detektion von Hämolyse im Gesamtblut des Feed 610 vor einem Filtern durch den Filterteil 150 und dem Detektieren einer Kaliumkonzentration des Filtrats 620, das heißt des Blutplasmas, nach einer Filtration durch den Filterteil 150 sein.
Der Durchmesser der strukturierten oder gemusterten ersten Schicht 132, die die ersten bis fünften Elektroden 1321 bis 1325 bildet, ist größer als die Porengröße der Poren 152 des Filterteils 150, um eine elektrische Trennung jeweiliger Teile der ersten bis fünften Elektroden 1321 bis 1325 infolge der Poren 152 zu verhindern, die sich durch die erste Schicht 132 und die zweite Schicht 134 und optional die dritte Schicht 136 erstrecken. Es ist jedoch ebenfalls möglich, dass die leitfähige oder halbleitende erste Schicht 132 einige der Poren 152 der zweiten Schicht 134 bedeckt. In diesem Fall muss die Struktur derart entworfen sein, dass genug freigelegte Poren 152 übrig bleiben, um eine ausreichende Durchsatzleistung des Filterteils 150 sicherzustellen.
Falls sich die Poren 152 durch sowohl die erste Schicht 132 als auch die zweite Schicht 134 und optional die dritte Schicht 136 erstrecken, kann die erste Schicht 132 in einem lithographischen Strukturierungsschritt im Herstellungsverfahren wie oben beschrieben gemustert bzw. strukturiert werden, insbesondere zwischen den Herstellungsschritten der 3E und 3F, oder zwischen den Herstellungsschritten der 4F und 4G, oder zwischen den Herstellungsschritten der 5D und 5E oder zwischen den Herstellungsschritten der 7C und 7D oder zwischen den Herstellungsschritten der 8E und 8F oder zwischen den Herstellungsschritten der 12A und 12B oder zwischen den Herstellungsschritten der 13A und 13B. Die erste Schicht 132 kann jedoch auch nach den obigen Herstellungsschritten gemustert bzw. strukturiert werden, falls es vom Standpunkt des Herstellungsprozesses aus möglich ist.
Folglich kann eine Sensorvorrichtung 300 geschaffen werden, welche dafür geeignet ist, die Konzentration von Kalium im Blutplasma, das das Filtrat 620 bildet, festzustellen bzw. zu detektieren, wobei vor der Detektion einer Kaliumkonzentration im gefilterten Blut, dem Filtrat 620, das Auftreten und das Ausmaß einer Hämolyse detektiert werden können. Solch eine Messung kann direkt am Filterteil 150 mittels Impedanzspektroskopie (Detektion der zerstörten Erythrozyten) durchgeführt werden. Infolge der elektrischen Isolierung der ersten und zweiten Elektroden 1321 und 1322, wie man in 33B ersehen kann, können keine elektrochemischen Effekte auftreten, die die Impedanzmessungen verfälschen. Die beiden ersten und zweiten Elektroden 1321, 1322 der Sensorvorrichtung 300 von 34A können in der strukturierten ersten Schicht 132 aus einem halbleitenden oder leitenden Material als ineinander verzahnte Elektroden (IDE) vorgesehen sein. Falls das Potential der ersten Schicht 132 im Filterteil 150 definiert werden soll, kann die zusätzliche Elektrode 360 an der inneren Wand des Reservoirs 310 vorgesehen sein. Die zusätzliche Elektrode 360 kann zum Beispiel eine Referenzelektrode aus Silberchlorid (Ag/AgCl) zum elektrochemischen Kontaktieren des Elektrolyts wie etwa des Gesamtbluts, das das Feed 610 bildet, innerhalb des Reservoirs 310 aufweisen. Die leitende oder halbleitende erste Schicht 132 auf oder in dem Filterteil 150 kann somit eine gemusterte Struktur wie etwa eine Kammstruktur oder eine ineinander verzahnte Kammstruktur aufweisen.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims

Mikrofiltrationsvorrichtung (100), umfassend: ein Substrat (110) mit einer ersten Oberfläche (101) und einer der ersten Oberfläche (101) gegenüberliegenden zweiten Oberfläche (102), wobei Substrat (110) einen Hohlraum (120) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der zweiten Oberfläche (102) umfasst, und einen Mikrofilter (130), der einen Rahmenteil (140) in Kontakt mit dem Substrat (110) und einen Filterteil (150) umfasst, der an den Hohlraum (120) angrenzt, wobei der Mikrofilter (130) in sowohl dem Rahmenteil (140) als auch dem Filterteil (150) ein halbleitendes oder leitendes Material aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Mikrofilter (130) eine erste Schicht (132) aus dem halbleitenden oder leitenden Material aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei der Mikrofilter (130) ferner eine zweite Schicht (134) aus einem isolierenden Material aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die erste Schicht (132) aus dem halbleitenden oder leitenden Material eine strukturierte Schicht auf der zweiten Schicht (134) aus dem isolierenden Material ist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach den Ansprüchen 3 oder 4, wobei der Mikrofilter (130) ferner eine dritte Schicht (136) aus einem isolierenden Material aufweist, wobei die erste Schicht (132) zwischen der zweiten (134) und der dritten Schicht (136) sandwichartig angeordnet ist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (110) ein isolierendes Material umfasst.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikrofilter (130) und das Substrat (110) ein gleiches Material aufweisen.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mikrofilter (130) auf das Substrat (110) gebondet ist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das halbleitende oder leitende Material zumindest eines von Polysilizium, Silizium, porösem Silizium und einem Metall aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das isolierende Material zumindest eines eines Oxids, eines Nitrids, eines Carbids und eines Glases aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filterteil (150) in einem regelmäßigen Muster angeordnete Poren (152) aufweist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Filterteil (150) Poren (152) einer einheitlichen Porengröße aufweist, wobei die einheitliche Porengröße eine Größe in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm ist.
Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Kontaktgebiet (138) im Rahmenteil (140), wobei das Kontaktgebiet (138) mit dem halbleitenden oder leitenden Material im Filterteil (150) elektrisch verbunden ist.
Sensorvorrichtung (300), umfassend: die Mikrofiltrationsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und einen Sensor (200), der an einer Filtratseite (154) des Filterteils (150) gelegen ist, wobei der Sensor (200) dafür geeignet ist, eine Eigenschaft eines Filtrats (620) zu messen.
Sensorvorrichtung (300) nach Anspruch 14, wobei der Sensor (200) einen optischen Sensor (240) aufweist.
Sensorvorrichtung (300) nach Anspruch 14, wobei der Sensor (200) eine Sensorelektrode (220) aufweist.
Sensorvorrichtung (300) nach Anspruch 16, wobei der Filterteil (150) die Sensorelektrode (220) des Sensors (200) bildet.
Sensorvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Sensor (200) eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (230) aufweist.
Sensorvorrichtung (300) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Sensor (200) auf einem Sensorsubstrat (210) angeordnet ist, wobei das Sensorsubstrat (210) so an die Mikrofiltrationsvorrichtung (100) gebondet ist, dass der Sensor (200) dem Filterteil (150) zugewandt ist.
Multisensorvorrichtung (400), umfassend zumindest zwei Sensorvorrichtungen (300a bis 300d) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, die in einer lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind.
Multisensorvorrichtung (500), umfassend zumindest zwei Sensorvorrichtungen (300a bis 300c) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, die in einer vertikalen Richtung aufeinandergestapelt sind.