KR20220007677A - 마이크로 전기 기계 시스템 구조 및 그의 애플리케이션 - Google Patents

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KR20220007677A
KR20220007677A KR1020217040656A KR20217040656A KR20220007677A KR 20220007677 A KR20220007677 A KR 20220007677A KR 1020217040656 A KR1020217040656 A KR 1020217040656A KR 20217040656 A KR20217040656 A KR 20217040656A KR 20220007677 A KR20220007677 A KR 20220007677A
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마크 에이 웹
뤽 잔 부스
아루나바 스티븐 바네르지
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Abstract


마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 디바이스 및 그 디바이스를 동작시키는 방법이 개시된다. 그 디바이스는 기판 플랫폼 및 복수의 구불구불한 아암을 갖는 전극판을 포함하고, 전극판은 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착되고, 전극판은 휴지 위치에서 평면 상에 제공된다. 디바이스는 전극판 상에 실질적으로 수직으로 배치된 날카로운 부재를 포함한다. 여러 구현에서, 전극판과 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 전극판은 휴지 위치로부터 이격되어 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다. 디바이스는 또한 상대 전극을 포함한다. 디바이스를 동작시키는 방법은 전원을 통해 디바이스의 전극과 상대 전극을 가로질러 직류(DC)를 공급하여 디바이스의 전극과 상대 전극을 가로질러 정전기장을 생성하는 단계를 포함한다.

Description

마이크로 전기 기계 시스템 구조 및 그의 애플리케이션
세포 변형을 통한 유전자 요법과 같은 의학적 치료 접근 방식은 유전 질환, 일부 유형의 암 및 특정 바이러스 감염을 비롯한 여러 질병에 대한 유망한 치료 옵션이다. 유전자 요법은 유망하지만, 현재로서는 그것은 약물이나 수술을 사용하는 대신 유전 물질(유전자)의 환자의 세포에의 삽입에 기초한 실험적 치료법이다. 그 기법은 살아있는 세포에의 유전 물질(또는 생물학적 분자)의 도입에 집중하기 때문에, 그것은 본질적으로 위험하고 도전적이며 특히 세포에 손상을 유발할 위험이 있다.
유전자 치료제에 대한 현재의 제조 접근법은 예를 들어 살아있는 세포에 매우 높은 전기장을 적용하여 세포의 막에 일시적인 홀을 만드는 전기천공 공정을 포함한다. 전기장은 일반적으로 큐벳에서 많은 수의 세포에 전체적으로 적용되며 주어진 셀에 대한 전기장도 세포에 들어가는 물질의 양도 개개의 세포에 대해 제어되지 않는다. 유전자 치료에 사용되는 또 다른 접근법은 변형된 바이러스를 사용하여 새로운 유전 물질을 세포에 도입하는 것이다. 이 방법에서 바이러스의 존재는 바이러스가 수정할 세포 유형을 제어할 수 없는 것을 포함하여 많은 가능한 부작용을 초래할 수 있다. 더욱이, 변형된 바이러스를 이용한 유전자 요법의 임상적 적용은 암 발병을 포함하여 심각한 부작용이 있었다.
위에서 언급한 세포 형질전환 및 유전자 치료에 현재 사용되는 기법은 심각한 단점이 있으므로, 앞서 언급한 접근 방식에 존재하는 해로운 부작용이 없이, 유전자 치료와 같은 유망한 치료 기법을 발전시키기 위해서는 유전 물질을 살아있는 세포에 삽입하는 대안적인 접근 방식이 필요하다.
본 개시의 적어도 하나의 양태는 디바이스에 관한 것이다. 디바이스는 기판 플랫폼 및 복수의 구불구불한 (serpentine) 아암을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 베이스 플레이트는 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착되고, 베이스 플레이트는 휴지 위치에서 평면 상에 제공된다. 디바이스는 베이스 플레이트 상에 배치된 날카로운 부재를 포함하고, 상기 날카로운 부재는 그 평면에 실질적으로 수직으로 배치된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 휴지 위치로부터 이격되어 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 3개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 4개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 베이스 플레이트와 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 베이스 플레이트와 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 3배 또는 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 베이스 플레이트와 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 약 1000배까지의 선형 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼은 중심이 같다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 약 100 nm와 약 10 cm 사이의 측방향 치수를 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 약 5㎛와 약 500㎛ 사이의 측방향 치수를 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 휴지 위치로부터 약 0.1 nm와 약 10 mm 사이의 거리 동안 이동한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 휴지 위치로부터 약 1 nm와 약 1 mm 사이의 거리 동안 이동한다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 제1 두께를 갖고 기판 플랫폼은 제2 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 제1 두께는 제2 두께와 상이하다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1㎛와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 시트 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 와 103 Ω-cm 사이의 시트 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이이다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이이다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 50 nm와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 2㎛와 약 50㎛ 사이의 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 제1 날카로운 부재이고, 디바이스는 제2 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 10개까지의 날카로운 부재까지 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 100개까지의 날카로운 부재까지 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 500,000,000개까지의 날카로운 부재까지 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 베이스 프레이트는 제1 베이스 플레이트이고, 디바이스는 제2 베이스 플레이트를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 복수의 베이스 플레이트를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 전극이다. 다양한 구현에서, 디바이스는 그 전극에 평행하게 배치된 상대 전극을 더 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.1㎛ 와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 수소화된 비정질 실리콘, 산화인듐주석(ITO), 질화티타늄(TiN), 금속막, 도핑된 반도체막, 무기반도체, 복합재료, 유기전도막, 또는 각종 그래핀을 포함하는 탄소 동소체, 산화그래핀, 불일치 그래핀, 또는 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 전극 및 상대 전극은 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0) 를 수용하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극 및 상대 전극은 약 1V 와 100V 사이의 전위차(V0) 를 수용하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극과 상대 전극은 약 10V 와 50V 사이의 전위차(V0)를 수신하도록 구성된다.
다양한 구현들에서, 시스템은 위에서 설명된 바와 같은 복수의 디바이스들을 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 1 내지 약 108 개의 디바이스들의 범위이며, 디바이스들 각각은 각각의 날카로운 부재를 갖는다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 0.1㎛ 내지 10cm 사이만큼 서로로부터 분리된다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 상대 전극의 중심에 개구를 갖고 개구는 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성된다.
본 개시의 적어도 하나의 양태는 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 전원을 제공하는 단계 및 기판 플랫폼 및 복수의 구불구불한 아암을 갖는 전극을 포함하는 디바이스를 제공하는 단계를 포함하며, 전극은 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착된다. 다양한 구현에서, 디바이스는 또한 그 전극에 실질적으로 수직으로 배치된 날카로운 부재를 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 또한 그 전극에 평행하게 배치된 상대 전극을 포함한다. 디바이스를 동작시키는 방법은 또한 전원을 통해 디바이스의 전극과 상대 전극을 가로질러 직류(DC)를 공급하여 디바이스의 전극과 상대 전극을 가로질러 정전기장을 생성하는 단계를 포함한다.
다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치에서 평면 상에 제공되고, 휴지 위치로부터 이격되어 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다.
다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 3개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 4개의 구불구불한 아암을 포함한다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 3배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 약 1000배까지의 선형 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼은 중심이 같다. 다양한 구현에서, 전극은 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극은 약 100 nm와 약 10 cm 사이의 측방향 치수를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극은 약 5㎛와 약 500㎛ 사이의 측방향 치수를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치로부터 약 0.1 nm와 약 10 mm 사이의 거리 동안 이동한다. 다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치로부터 약 1 nm와 약 1 mm 사이의 거리 동안 이동한다.
다양한 구현에서, 전극은 제1 두께를 갖고 기판 플랫폼은 제2 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 제1 두께는 제2 두께와 상이하다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1㎛와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 와 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이이다. 다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이이다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 50 nm와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 2㎛와 약 50㎛ 사이의 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 제1 날카로운 부재이고, 디바이스는 제2 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 10개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 100개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 500,000,000개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 전극은 제1 전극이고, 디바이스는 제2 전극을 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 복수의 전극들을 더 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.1㎛ 와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 수소화된 비정질 실리콘, 산화인듐주석(ITO), 질화티타늄(TiN), 금속막, 도핑된 반도체막, 무기반도체, 복합재료, 유기전도막, 각종 그래핀을 포함하는 탄소 동소체, 산화그래핀, 불일치 그래핀, 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극에 걸쳐 약 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차(V0) 를 공급하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극을 가로질러 약 1V와 100V 사이의 전위차(V0)를 공급하는 단계를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극을 가로질러 약 10V와 50V 사이의 전위차(V0)를 공급하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 디바이스는 제1 디바이스이고, 이 방법은 복수의 디바이스들, 및 전원을 통해 복수의 디바이스의 각각의 개별 전극 및 각각의 개별 상대 전극에 걸쳐 직류(DC)를 공급하여 복수의 디바이스의 각각의 개별 전극과 각각의 개별 상대 전극을 가로지르는 복수의 정전기장을 생성하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 1 내지 약 108 개의 디바이스들의 범위이며, 디바이스들 각각은 각각의 날카로운 부재를 갖는다. 다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 0.1㎛ 내지 10cm 사이만큼 서로로부터 분리된다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 상대 전극의 중심에 개구를 갖고 개구는 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성된다.
본 개시의 적어도 하나의 양태는 컴포넌트에 관한 것이다. 컴포넌트는 기판 플랫폼 및 복수의 구불구불한 아암을 갖는 전극판을 포함하고, 전극판은 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착되고, 전극판은 휴지 위치에서 평면 상에 제공된다. 다양한 구현에서, 전극판과 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 전극판은 휴지 위치로부터 이격되어 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다.
다양한 구현에서, 컴포넌트는 전극판에 배치된 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 전극판과 기판 플랫폼은 동심이고, 복수의 구불구불한 아암은 전극판으로부터 기판 플랫폼으로 연장된다.
다양한 구현에서, 복수의 구불구불한 아암의 적어도 일부는 전극판 또는 기판 플랫폼 중 어느 하나와 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 복수의 구불구불한 아암은 서로 방사상으로 균일하게 이격된다.
다양한 구현들에서, 복수의 구불구불한 아암들은 약 2개의 아암들 내지 약 10개의 아암들의 범위이다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극판과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극판과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극판과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 약 1000배까지의 선형 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극판은 약 1㎛와 약 10mm 사이의 거리 동안 평면으로부터 멀어지게 이동한다. 다양한 구현에서, 전극판은 약 10㎛와 약 1mm 사이의 거리 동안 평면으로부터 멀어지게 이동한다. 다양한 구현에서, 전극판은 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는다.
다양한 구현에서, 전극판은 약 100 nm와 약 10 cm 사이의 측방향 치수를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판은 약 5㎛와 약 500㎛ 사이의 측방향 치수를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판은 제1 두께를 갖고 기판 플랫폼은 제2 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 제1 두께는 제2 두께와 상이하다.
다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1㎛와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 와 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극판과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이이다. 다양한 구현에서, 전극판과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이이다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 50 nm와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 2㎛와 약 50㎛ 사이의 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 제1 날카로운 부재이고, 디바이스는 제2 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 컴포넌트는 약 10개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 컴포넌트는 약 100개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 컴포넌트는 약 500,000,000개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 전극판은 제1 전극판이고, 컴포넌트는 제2 전극판을 더 포함한다. 다양한 구현에서, 컴포넌트는 복수의 전극판을 더 포함한다.
다양한 구현에서, 컴포넌트는 전극판에 평행하게 배치된 상대 전극을 더 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.1㎛ 와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 수소화된 비정질 실리콘, 산화인듐주석(ITO), 질화티타늄(TiN), 금속막, 도핑된 반도체막, 무기반도체, 복합재료, 유기전도막, 각종 그래핀을 포함하는 탄소 동소체, 산화그래핀, 불일치 그래핀, 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 전극 및 상대 전극은 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0) 를 수용하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극 및 상대 전극은 약 1V 와 100V 사이의 전위차(V0) 를 수용하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극과 상대 전극은 약 10V 와 50V 사이의 전위차(V0)를 수용하도록 구성된다.
다양한 구현들에서, 시스템은 위에서 설명된 바와 같은 복수의 컴포넌트들을 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 컴포넌트는 약 1 내지 약 108 개의 컴포넌트들의 범위이며, 컴포넌트들 각각은 별개의 날카로운 부재를 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 컴포넌트는 약 0.1㎛ 내지 10cm 사이만큼 서로로부터 분리된다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 상대 전극의 중심에 개구를 갖고 개구는 전극판상에 배치된 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성된다.
이들 및 다른 양태들 및 구현들이 하기에서 상세히 논의된다. 전술한 정보 및 다음의 상세한 설명은 다양한 양태들 및 구현들의 예시적인 예들을 포함하고, 청구된 양태들 및 구현들의 본성 및 특징을 이해하기 위한 개요 또는 프레임워크를 제공한다. 도면들은 다양한 양태들 및 구현들의 예시 및 추가의 이해를 제공하며, 본 명세서에 통합되고 그 부분을 구성한다.
첨부 도면은 일정한 비율로 묘화되도록 의도되지 않는다. 다양한 도면들에 있어서 동일한 참조 부호들 및 지정들은 동일한 엘리먼트들을 나타낸다. 명확화의 목적으로, 모든 컴포넌트가 모든 도면에서 라벨링되는 것은 아닐 수도 있다. 도면들에 있어서:
도 1a 는 간단한 캔틸레버 구조의 개략도를 도시한다.
도 1b 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 캔틸레버 구조의 개략도를 보여준다.
도 1c 는 도 1b 의 구불구불한 캔틸레버 구조 폭의 함수로서의 강성 감소의 그래픽 예시이다.
도 1d 는 편향되는 구불구불한 캔틸레버 구조의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래픽 예시이다.
도 2a 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 예시의 MEMS 구조의 개략도를 보여준다.
도 2b 는 다양한 구현에 따른, 도 2a의 예시적인 MEMS 구조의 어레이의 개략도를 도시한다.
도 3a 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 다른 예시적인 MEMS 구조의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3b 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 또다른 예시의 MEMS 구조의 개략도를 보여준다.
도 3c 는 편향되는 다른 구불구불한 캔틸레버 구조의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래픽 예시이다.
도 3d 는 다양한 구현에 따른, 도 3a 의 예시적인 MEMS 구조의 어레이의 개략도를 도시한다.
도 3e 는 다양한 구현에 따른, 도 3a 의 예시적인 MEMS 구조의 어레이의 개략도를 도시한다.
도 4 는 예시적인 구현에 따른, 구불구불한 아암을 갖는 예시적인 MEMS 디바이스를 동작시키는 방법에 대한 플로우 챠트이다.
도 5 는 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스의 사시도이다.
도 6a 는 다양한 구현에 따른, 예시적인 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스의 적어도 일부의 사시도이다.
도 6b 는 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스의 단면 사시도이다.
도 7 은 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스의 평면 사시도이다.
도 8 은 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스의 단면 사시도이다.
여기에 설명된 기술은 유전 물질을 삽입하는 더 안전한 접근 방식을 가능하게 한다. 개시된 기술은 기계적 수단에 의해 유전 물질(일반적으로 생물학적 분자)을 살아있는 세포로 제어 가능한 도입을 가능하게 하는 한편, 세포에 손상을 최소화하거나 전혀 유발하지 않아 높은 비율의 세포가 손상되지 않도록 할 수 있다. 예시적인 유전 물질은 예를 들어, 유전 거대분자 뿐만 아니라, 예를 들어 단백질, 펩티드, 소분자, RNA 또는 DNA와의 단백질 복합체, 및 이들의 임의의 조합을 포함하는 기타 분자 부류를 포함할 수 있다. 기계적 삽입을 사용하는 경우의 중요한 이점은 삽입 도구를 정밀하게 기계적 제어할 수 있다는 점과 기계적 도구에 의해 운반되어야 하는 새로운 유전 물질과 같은 활성 분자의 정확한 양을 제어하는 것이다.
마이크로 전기 기계 시스템 (Micro-Electro-Mechanical-System: MEMS) 기반 제조 기술은 세포 조사에 사용할 수 있는 기계적 도구와 같은 미세한 컴포넌트의 제조를 가능하게 할 수 있는 것으로 잘 알려져 있다. MEMS 기반 제조 방법은 다른 가능한 응용들 중에서 유전자 치료에 사용될 수 있는 바늘(본원에서 마이크로 바늘 또는 나노 바늘로 지칭됨)과 같은 미세하게 날카로운 도구를 생산하는 데 특히 적합하다. 바늘(MEMS 기반 또는 기타)은 표피층 또는 배양된 부착 세포들의 층과 같은 생물학적 세포에 분자 물질을 삽입하는 데 사용할 수 있는 것으로 나타났다. 이러한 유형의 삽입은 일반적으로 세포 또는 표피 조직 층에 바늘을 수동으로 눌러 수행된다.
그러나 기계적 삽입을 사용하는 현재 사용 가능한 접근 방식은 어떤 종류의 작동 메커니즘과도 통합되지 않고, 주입될 세포에 대한 삽입 바늘의 위치를 개별적으로 제어할 수 없다. 세포 변경에 사용되는 현재 사용 가능한 접근 방식에서, 삽입 시스템은 바늘에 대한 작동 메커니즘을 포함하지 않고, 삽입 바늘은 기술자가 수동으로 대상 세포에 눌러 넣는다. 삽입 바늘의 이동은 기술자가 수동으로 제어하기 때문에, 각각의 개별 바늘이 대상 세포를 관통함에 따라 그것의 높이를 정확하게 제어하기 어렵다. 또한 기술자가 삽입을 하기 때문에 유전물질의 세포내 삽입이 개별적으로 이루어지며 자동화 능력이 부족하다. 따라서 현재 접근 방식은 유전자 치료의 기계적 접근 방식에서 확장성을 제공하지 않는다.
유전자 치료에 대한 기계적 접근법의 제어 및 확장성 측면을 개선하기 위한 한 가지 가능한 솔루션은 MEMS 기반 제조 방법을 사용하여 날카로운 도구의 정확한 작동을 위한 메커니즘을 지원할 수 있는 플랫폼에 각각 탑재되는 많은 날카로운 도구를 제조하는 것이다. 바늘들과 같은 MEMS 기반 날카로운 도구들이 통합 작동 메커니즘을 통해 그들의 기계적 이동들을 정밀하게 제어할 수 있는 경우, 여기에 설명된 기술을 사용하여 유전자 치료에 대한 높은 처리량 및 아마도 병렬 접근 방식을 달성할 수 있다.
본 명세서에 기술된 기술은 일반적으로 MEMS 구조 및 그 응용에 관한 것이다. 특히, 본 개시는 그 위에 배치된 MEMS 바늘(중실 팁 또는 중공 팁 포함)과 같은 날카로운 도구를 갖는 MEMS 구조 및 예를 들어 유전자 요법 및/또는 세포 변형에서, 그러나 이들에 제한되지 않고 사용하기에 적합한 구조를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 초저 스프링 상수 및 정밀한 작동을 갖는 소형 작동 메커니즘을 갖는 MEMS 구조(MEMS 디바이스 또는 MEMS 컴포넌트로도 지칭될 수 있음)에 관한 것이다. 여기에 설명된 MEMS 구조의 다양한 구현은 포토리소그래피, 기상 증착 및 플라즈마 에칭 등을 포함하지만 이에 국한되지 않는 마이크로 및 나노가공 기술을 사용하여 제조된다. MEMS 기반 제조 방법은 일반적으로 포토리소그래피를 포함하므로, 수십만 개의 컴포넌트 또는 디바이스를 생산하기 위한 확장은 제조 공정 흐름에서 단순히 포토리소그래피 마스크를 수정함으로써 쉽게 달성할 수 있다. 본 명세서에서 MEMS 구조라고 칭하지만, 개시된 기술은 나노미터 규모의 구조, 컴포넌트 또는 디바이스의 제조도 포함하므로, MEMS 구조라는 용어는 나노 전기 기계 시스템 (Nano-Electro-Mechanical System: NEMS) 구조도 의미하며, 따라서 MEMS 및 NEMS라는 용어는 달리 명시되지 않는 한, 본 개시물 전반에 걸쳐 다양한 구현 및 실시예에 상호교환가능하고 적용가능하다.
여기서 설명된 바와 같이, MEMS 구조 또는 디바이스는 기판 플랫폼 및 복수의 구불구불한 아암을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 베이스 플레이트는 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착되고, 베이스 플레이트는 휴지 위치에서 평면 상에 제공된다. 디바이스는 베이스 플레이트 상에 배치된 날카로운 부재를 포함하고, 그 날카로운 부재는 휴지 위치로부터 이격되어 그 평면에 실질적으로 수직으로 배치된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트는 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 적어도 2개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 스프링 상수가 낮도록 구성되고 컴팩트하면서도 정밀한 작동을 가능하게 하도록 정밀하게 제어된다.
예를 들어, 시험관 내 세포 형질전환에서 유전자 요법을 위해 MEMS 구조를 활용하기 위해, 세포는 일반적으로 수집, 선택 및 삽입 전에 제자리에 고정된다(그렇지 않으면 제자리에 매달린다). 여기에 설명된 다양한 구현은 세포 차원의 규모, 즉 나노미터 범위에 있는 MEMS 바늘(여기에서 일반적으로 날카로운 도구 또는 날카로운 부재로 지칭됨)을 사용하는 기계적 삽입 방법을 포함한다. 원하는 정밀도 및 제어 가능성을 위해, 개시된 MEMS 바늘(또는 일반적으로 바늘)은 바늘이 세포막 및 예를 들어 진핵 세포의 핵막을 관통하도록 바늘을 이동시키는 작동 메커니즘에 결합되어야 한다. MEMS 바늘의 지정된 움직임과 여기에 설명된 그것의 작동 메커니즘은 다음과 같다: 바늘은 최소의 힘으로 세포막과 핵막을 관통할 수 있을 만큼 충분히 날카롭고 침투 지점 외부의 세포에 대한 최소한의 파괴를 가한다; 바늘은 통상적으로 세포 치수의 정도로, 즉, 약 2 ㎛ 내지 약 20 ㎛, 바람직하게는 약 4 ㎛ 내지 약 8 ㎛ 에서 충분한 거리에 걸쳐 작동될 수 있으며; 바늘에는 제자리에 고정되어 있는 세포에 대해 정확한 이동을 가능하게 하는 개별 작동 메커니즘이 있고; 그리고 각각의 MEMS 바늘에 대한 작동 메커니즘은 바늘과 그 작동 메커니즘의 전체 면적이 작도록 컴팩트하다. 본 명세서에 기술된 바와 같은 다양한 구현에서, 바늘과 작동 메커니즘을 모두 포함하는 MEMS 디바이스는 위에서 언급한 디바이스 파라미터를 가지며 평방센티미터당 100개를 초과하는 디바이스(디바이스/cm2), 바람직하게는 1000 디바이스/cm2 초과, 또는 최대 약 10,000개의 디바이스, 약 50,000개의 디바이스, 약 100,000개의 디바이스, 약 500,000개의 디바이스, 약 1,000,000개의 디바이스, 약 5,000,000개의 디바이스, 약 10,000,000 개의 디바이스, 약 50,000,000개의 디바이스, 약 100,000,000 개의 디바이스, 약 500,000,000 개의 디바이스로 넘버링되어야 한다 (위에서 기술한 임의의 두개의 숫자 사이의 임의의 범위의 디바이스 수를 포함).
본 명세서에 설명된 바와 같은 다양한 구현들에 따르면, 개시된 MEMS 구조들은 MEMS 구조들의 정전기적 작동을 포함하는 임의의 적절한 작동 접근법을 통해 작동될 수 있다. 작동을 위해 다른 적절한 작동 접근법을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 외부에서 인가된 전압에 응답하여 이동하는 압전 컴포넌트들을 작동에 사용할 수 있다. 외부 자기장을 가할 때 움직일 수 있는 액추에이터에 자석을 부착하여 자기력을 여러 방식으로 사용할 수도 있다. 유사하게, MEMS 구조의 작동은 바이메탈 소자 또는 형상 기억 합금을 기반으로 하는 소자들을 사용하는 것과 같이 온도 차이를 기반으로 수행될 수 있다. 작동에 필요한 온도는 디바이스의 선택된 위치에서 제조된 저항성 히터에 의해 생성될 수 있다.
정전기 작동은 개시된 MEMS 구조의 작동을 위한 예시적인 접근으로서 본 개시물 전체에 걸쳐 사용되지만, 여기에 설명된 기술은 정전기 작동으로 제한되지 않으며, 따라서 MEMS 구조는 여기에 개시된 기술에 따른 임의의 형태의 작동과 함께 사용될 수 있다.
정전기 작동과 함께 사용하기 위해 MEMS 구조는 정전기 작동 메커니즘을 위한 전기 접촉 패드를 포함하도록 구성된다. 정전기 작동은 몇 가지 이점을 제공한다. 한 가지 주요 이점은 평행판 정전 작동 디바이스 구조의 구성에 의해 제공되며, 이는 구조의 제조에서 최소한의 리소그래피 층과 처리 단계를 필요로 한다. 또 다른 이점은 MEMS 구조의 특정 구성 및 인가된 전압에 의해 결정되는 정전기로 작동되는 모션과 관련된 넓은 범위의 모션과 관련이 있다. 또 다른 장점은 MEMS 구조의 컴포넌트 자체가 전기 전도체로 구성될 수 있다는 것이며, 이것은 따라서 임의의 이러한 작동 메커니즘이 사용되는 경우 필요한 자석, 코일 또는 압전 재료와 같은 추가 엘리먼트에 대한 필요를 제거한다. 정전기 작동의 경우, 단순히 컴포넌트를 도핑하여 실리콘으로 만들어진 MEMS 컴포넌트를 전기 전도체로 변환할 수 있는 가능성은 MEMS 구조의 다양한 부분을 엔지니어링할 수 있는 고유한 기능을 제공한다.
본 명세서에 기술된 바와 같은 다양한 구현들에 따르면, 개시된 MEMS 구조는 작동력이 가해질 때 MEMS 바늘이 이동하는 것을 허용하고 작동력이 제거되었을 때 MEMS 바늘을 초기 휴지 위치로 되돌리는 복원력을 생성하는 스프링 또는 스프링형 가요성 구조를 포함한다. 이러한 애플리케이션에 사용하기에 적합한 스프링 상수 값을 결정하는 것은 다음 두 방정식을 통해 관련될 수 있다. 평행판 커패시터의 두 판에 걸쳐 전위 전압이 적용될 때 발생하는 정전기적 작동력을 설명하는 첫 번째 방정식은 다음과 같이 설명할 수 있다:
Figure pct00001
여기서 A 는 판들(하나의 판에는 MEMS 바늘이 그 위에 배치됨)의 면적이고, d 는 두 평행판 사이의 이격 거리, V 는 인가된 전압, ε 은 자유 공간의 유전율이다. 100μm x 100μm MEMS 구조적 표면적, 10μm 분리 거리, 50V 의 인가 전압과 같은 이러한 변수에 대한 일반적인 크기를 삽입하면, 1μN 정도의 힘이 생성되는 것을 알 수 있다. MEMS 바늘은 10 ㎛ 정도이므로 MEMS 바늘을 적절하게 작동하려면 0.1 N/m 정도의 스프링 상수가 필요하다.
도 1a 는 0.1 N/m 정도의 스프링 상수 (k) 를 갖는 캔틸레버 빔(150a)의 치수를 결정하는 데 사용되는 간단한 캔틸레버 구조(100a)의 개략도를 보여준다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 캔틸레버 빔(150a)은 기판 플랫폼(110a)에 매달려 있으며, 여기서 캔틸레버 빔(150a)의 치수는 스프링 상수와 두 번째 방정식을 통해관련이 있으며, 이것은 다음과 같이 단일 클램핑된 캔틸레버 빔 이론을 기반으로 한다:
Figure pct00002
여기서, E 는 영률이고, W 는 넓이, H 는 높이, 그리고 L 은 캔틸레버 빔의 길이이다. 예를 들어, 일반적인 높이가 2μm이고 너비가 5μm인 단결정 실리콘으로 만들어진 캔틸레버 빔(150a)의 경우, 길이 100μm의 실리콘 빔(150a)은 두번째 방정식에 따라 스프링 상수가 6N/m인 것으로 결정된다. 6N/m의 스프링 상수는 50V의 인가 전압에서 MEMS 바늘의 적절한 작동을 가능하게 하는 데 필요한 0.1N/m의 스프링 상수보다 훨씬 더 강성이다. 스프링 상수를 약 0.1N/m로 줄이기 위해 , 실리콘 캔틸레버 빔은 각 MEMS 바늘을 안정적으로 지지하는 데 필요한 최소 2개의 캔틸레버 빔이 있다고 가정할 때 약 500μm의 길이를 가져야 한다. 결과적으로 디바이스의 전체 치수는 1000μm를 초과하게 되며, 이는 2개의 500μm 캔틸레버가 지원하도록 구성된 100μm x 100μm MEMS 구조보다 10배 더 크거나 길다.
본 명세서에 기재된 바와 같은 다양한 구현에 따르면, 솔루션은 개시된 MEMS 구조가 도 1a에 도시된 직선 빔과 상이한 스프링 또는 스프링형 구조를 포함하는 것이다. 스프링 또는 스프링형 구조는 예를 들어 구불구불한 빔 구조를 포함할 수 있다. MEMS 구조에 부착된 구불구불한 구조는 긴 캔틸레버 빔을 컴팩트한 구불구불한 패턴으로 효과적으로 접어 구불구불한 구조(여기에서 일반적으로 구불구불한 아암이라고 함)를 형성함으로써 컴팩트하면서 더 낮은 스프링 상수를 제공한다. 스프링 또는 스프링형 구조의 다른 가능한 기하학적 구조는 예를 들어 길고 컴팩트하며 유연한 나선형 스프링들의 세트를 포함한다. 다양한 구현에서, 나선형 스프링들의 세트는 구불구불하거나 사행하지 않을 수 있다.
도 1b 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 캔틸레버 구조 (100b) 의 개략도를 보여준다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 구조(100b)은 기판 플랫폼(110b)에 부착된 폭(150w)을 갖는 구불구불한 캔틸레버 빔(150b)을 포함한다. 구불구불한 캔틸레버 빔(150b)은 그의 강성을 상당히 감소시키도록, 즉 그의 스프링 상수를 낮추도록 구성된다. 구불구불한 구조(150b)는 구불구불한 캔틸레버 빔(150b)의 팁과 구불구불한 캔틸레버 빔(150b)의 베이스 사이의 실제 거리를 감소시키기 위해 접혀지는 훨씬 더 긴 선형(유효) 길이를 가지며, 여기서 캔틸레버 빔(150b)은 기판 플랫폼(110b)에 부착된다.
도 1c 는 도 1b 의 구불구불한 캔틸레버 구조 폭 (150w) 의 함수로서 강성 감소를 보여주는 그래픽 플롯 (100c) 이다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 도 1b의 구불구불한 캔틸레버 빔(150b)에서 도시된 바와 같이 빔 구조에 구불구불한 구조가 포함되는 경우, 도 1a에 도시된 캔틸레버 빔(150a)의 강성은 감소할 수 있다. 도 1c 에 도시된 관계에 따르면, 구불구불한 캔틸레버 구조의 폭 (150w) 이 증가함에 따라 강성은 기하급수적으로 감소하므로 빔 구조에서 적당한 구불구불한 너비 (150w) 를 가짐으로써 강성 감소의 큰 비율을 쉽게 달성할 수 있다. 다시 말해, 플롯(100c)은 캔틸레버 빔에 구불구불한 구조를 포함함으로써 보다 유연하고 컴팩트한 캔틸레버 암 구조(스프링)가 설계될 수 있음을 예시한다.
도 1d 는 편향되는 구불구불한 캔틸레버 구조 (100b) 의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래픽 예시 (100d) 이다. 도 1d에 도시된 바와 같이, 구불구불한 캔틸레버 구조(100b)의 유한 요소 시뮬레이션은 구불구불한 굴곡이 캔틸레버 구조의 두께보다 상당히 높은 편향을 달성하는 능력을 보여준다. 도면(100d)에 도시된 하향 편향은 캔틸레버 구조(100b)에 구불구불한 구조를 갖는 것이 구조(100b)의 훨씬 더 긴 유효 길이에 의해 가능하게 된 더 낮은 스프링 상수로 인해 훨씬 더 높은 순응도를 가능하게 한다는 것을 예시하고 검증한다.
도 2a 는 여기에 개시된 바와 같은 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 예시의 MEMS 구조 (200) 의 개략도를 보여준다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 구조(200)은 기판 플랫폼(210) 및 복수의 구불구불한 아암(250)을 갖는 베이스 플레이트(230)를 포함한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(230)가 피트(212) 위의 휴지 위치에 있도록 베이스 플레이트(230)는 복수의 구불구불한 아암(250)을 통해 기판 플랫폼(210)에 부착된다. 구조(200)는 베이스 플레이트(230) 상에 배치된 날카로운 부재(260)를 포함한다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 날카로운 부재(260)는 베이스 플레이트(230)의 평면에 실질적으로 수직으로 배치된다. 처음에, 베이스 플레이트와 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현들에서, 베이스 플레이트(230)는 전극이고, 베이스 플레이트(230) 및 기판 플랫폼(210)에 수직인 방향으로의 정전기 작동에 기초하여 휴지 위치로부터 멀리 위 또는 아래로 이동하도록 구성된다. 또한 기판(270) 및 하부 전극 또는 상대 전극(280)이 보인다.
다양한 구현에서, 기판 플랫폼 (210) 은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 기판 플랫폼(210)은 금속, 금속 합금, 세라믹, 합성물, 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 도핑된 실리콘, 실리콘의 임의의 동소체, 임의의 무기 유리질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 다결정질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 단결정질 재료 또는 혼합물, 금속 산화물, 준금속 산화물을 포함하는 임의의 세라믹 재료, 금속 또는 준금속 질화물, 질소 또는 기타 비-준금속 또는 금속 원소를 갖는 금속 또는 준금속 산화물, 상기 물질의 임의의 도핑된 조합, 상기 물질의 임의의 적층 스택 또는 구조적 조합을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 재료의 단일 층이다. 다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 다중 층을 갖는 복합 재료이다. 다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 빈 공극 층, 또는 복합 재료 내의 하나 이상의 공극을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 기판 플랫폼(210)은 약 0.01 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 0.01 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 50㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 75㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 mm (사이의 임의의 두께 범위 포함)의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 기판 플랫폼 (210) 은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 약 1010 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3, 1011 원자/cm3 내지 약 1021 원자/cm3, 또는 약 1011 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3 의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현들에서, 기판 플랫폼(210)은 붕소, 인, 비소, 인듐, 갈륨, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 질소 및 금의 목록으로부터의 도펀트로 도핑될 수 있다.
다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 기판 플랫폼(210)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 약 10-3 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 또는 약 10-3 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다.
도 2a 에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트 (230) 는 베이스 플레이트 (230) 로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암 (250) 을 포함한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)는 3개의 구불구불한 아암, 4개의 구불구불한 아암, 5개의 구불구불한 아암, 또는 임의의 수의 구불구불한 아암을 포함할 수 있다. 다양한 구현에 따르면, 구불구불한 아암 (250) 은 베이스 플레이트 (230) 로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치된다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암 (250) 은 베이스 플레이트 (230) 와 기판 플랫폼 (210) 사이의 (경로 (254) 를 따른) 분리 거리의 적어도 약 2배의 경로 (252) 를 따르는 선형 길이를 갖는다. 경로(252)는 구불구불한 아암(250)의 길이를 따르는 점선으로 표시되는 반면, 경로(254)는 구불구불한 아암(250)이 부착되는 기판 플랫폼(210)과 베이스 플레이트(230) 사이의 거리로 표시된다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 베이스 플레이트 (230) 와 기판 플랫폼 (210) 사이의 분리 거리의 적어도 약 3배, 적어도 약 4배, 적어도 약 5배, 적어도 약 8배, 적어도 약 10배, 또는 적어도 약 15배의 선형 길이, 분리 거리의 최대 약 25배, 약 50배, 약 100배, 약 150배, 약 200배, 약 250배, 약 300배, 약 350배, 약 300배, 400배, 약 450배, 약 500배, 약 550배, 약 600배, 약 650배, 약 700배, 약 750배, 약 800배, 약 850배, 약 900배, 약 950배, 또는 약 1000배의 선형 길이를 가지며, 위에 기술된 임의의 두 숫자 사이의 선형 분리 거리의 모든 범위를 포함한다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암 (250) 은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 구불구불한 아암 (250) 은 금속, 금속 합금, 세라믹, 합성물, 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 도핑된 실리콘, 실리콘의 임의의 동소체, 임의의 무기 유리질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 다결정질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 단결정질 재료 또는 혼합물, 금속 산화물, 준금속 산화물을 포함하는 임의의 세라믹 재료, 금속 또는 준금속 질화물, 질소 또는 기타 비-준금속 또는 금속 원소를 갖는 금속 또는 준금속 산화물, 상기 물질의 임의의 도핑된 조합, 상기 물질의 임의의 적층 스택 또는 구조적 조합을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 재료의 단일 층을 포함한다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 다중 층을 갖는 복합체이다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 빈 공극 층, 또는 복합 재료 내의 하나 이상의 공극을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암(210)은 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 구불구불한 아암(210)은 약 0.01 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 0.01 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 50㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 75㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 mm (사이의 임의의 두께 범위 포함)의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암 (250) 은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 약 1010 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3, 1011 원자/cm3 내지 약 1021 원자/cm3, 또는 약 1011 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3 의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현들에서, 구불구불한 아암(250)은 붕소, 인, 비소, 인듐, 갈륨, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 질소 및 금의 목록으로부터의 도펀트로 도핑될 수 있다.
다양한 구현예에서, 구불구불한 아암(250)은 예를 들어 반복된 이동 후 구불구불한 아암(250)의 소성 변형, 재료 피로 및 파단 없이 굽힘을 위해 가요성으로 구성된다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 베이스 플레이트 (230) 의 기계적인 진동을 지원하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 베이스 플레이트 (230) 와 동일한 재료 층으로 제조된다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 베이스 플레이트(230)와 동일한 전기적 특성, 예를 들어 전기 저항 및 임피던스를 갖는다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암(250)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 약 10-3 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 또는 약 10-3 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 와 기판 플랫폼 (210) 은 중심이 같다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)는 기판 플랫폼(210) 내부에 있다. 다시 말해서, 베이스 플레이트(230)는 도 2a에 도시된 바와 같이 구불구불한 아암(250)을 통해 기판 플랫폼(210)으로부터 현수된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(230)는 정사각형 플레이트 또는 직사각형 플레이트이다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 약 100nm 와 약 10 cm 사이의 측면 치수를 갖는다. 다양한 구현들에서, 베이스 플레이트(210)은 약 1 ㎛ 내지 약 1 cm, 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 1㎛ 내지 약 300㎛, 약 1㎛ 내지 약 200㎛, 약 1㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 5 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 10㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 25 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 50 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 100 ㎛ 내지 약 500 ㎛ 의 측면 치수를 갖지며, 이들 사이의 모든 치수들을 포함한다.
다양한 구현들에서, 베이스 플레이트(230)는 약 0.1 nm와 약 10 mm 사이의 거리 동안 휴지 위치로부터 이동한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)는 휴지 위치로부터 약 1 nm와 약 8 mm, 약 1 nm와 약 1 mm, 약 10 nm와 약 6 mm, 약 100 nm와 약 5 mm, 1μm 와 약 4mm, 약 1μm 와 약 3mm, 약 1μm 와 약 2mm, 약 1μm 와 약 1mm, 약 10μm 와 약 1mm, 약 25μm 와 약 1mm, 약 50μm 와 약 1mm, 또는 약 50μm 와 약 2mm 사이의 거리동안 이동하며, 이들 사이의 임의의 거리 범위를 포함한다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 는 휴지 위치로부터 약 1 nm와 약 10 mm 사이의 거리의 정적 변위 동안 이동한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 는 휴지 위치로부터 약 0.1 nm와 약 100 μm 사이의 거리의 동적 변위 동안 이동한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)는 중첩된 진동 동적 이동을 동시에 갖는 동안 정적 방식으로 작동된다. 다양한 구현예에서, 베이스 플레이트(230)의 동적 이동은 예를 들어, 교반 강화 확산을 통한 페이로드 방출 동역학의 변조, 또는 바람직할 수 있는 다른 운동 작용을 용이하게 하는 것과 같은 애플리케이션을 감지 또는 측정하도록 구성된다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 베이스 플레이트(230)은 약 0.01 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 0.01 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 50㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 75㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 mm (사이의 임의의 두께 범위 포함)의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 는 제1 두께를 갖고 기판 플랫폼은 제2 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 제1 두께는 제2 두께와 상이하다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 베이스 플레이트 (230) 은 금속, 금속 합금, 세라믹, 합성물, 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 도핑된 실리콘, 실리콘의 임의의 동소체, 임의의 무기 유리질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 다결정질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 단결정질 재료 또는 혼합물, 금속 산화물, 준금속 산화물을 포함하는 임의의 세라믹 재료, 금속 또는 준금속 질화물, 질소 또는 기타 비-준금속 또는 금속 원소를 갖는 금속 또는 준금속 산화물, 상기 물질의 임의의 도핑된 조합, 상기 물질의 임의의 적층 스택 또는 구조적 조합을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 재료의 단일 층이다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 다중 층을 갖는 복합 재료이다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 빈 공극 층, 또는 복합 재료 내의 하나 이상의 공극을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230) 은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 약 1010 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3, 1011 원자/cm3 내지 약 1021 원자/cm3, 또는 약 1011 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3 의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현들에서, 베이스 플레이트(230)은 붕소, 인, 비소, 인듐, 갈륨, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 질소 및 금의 목록으로부터의 도펀트로 도핑될 수 있다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 약 10-3 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 또는 약 10-3 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트 (230)와 기판 플랫폼 (210) 을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이이다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)와 기판 플랫폼(210)에 걸친 전기 임피던스는 약 102 Ω 내지 약 1011 Ω, 약 102 Ω 내지 약 1010 Ω, 약 102 Ω 내지 약 109 Ω, 약 102 Ω 내지 약 108 Ω, 약 103 Ω 내지 약 108 Ω, 약 103 Ω 내지 약 109 Ω, 약 103 Ω 내지 약 1010 Ω, 약 103 Ω 내지 약 1011 Ω, 또는 약 103 Ω 내지 약 1012 Ω 이고, 그들 사이의 모든 임피던스 범위를 포함한다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재(260)는 바늘, 미세바늘, 나노바늘, 나노튜브, 기둥, 미세기둥, 나노기둥, 또는 높이 대 직경의 종횡비가 약 2 내지 약 1,000,000인 임의의 물리적 돌출부이다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재(260)는 약 1 내지 약 1,000,000, 약 1 내지 약 500,000, 약 1 내지 약 100,000, 약 1 내지 약 50,000, 약 1 내지 약 10,000, 약 1 내지 약 5,000, 약 1 내지 약 1,000, 약 1 내지 약 900, 약 1 내지 약 800, 약 1 내지 약 700, 약 1 내지 약 600, 약 1 내지 약 500, 약 1 내지 약 400, 약 1 내지 약 300 , 약 1 내지 약 200, 약 1 내지 약 100, 약 1 내지 약 90, 약 1 내지 약 80, 약 1 내지 약 70, 약 1 내지 약 60, 약 1 내지 약 50, 약 1 내지 약 40, 약 1 내지 약 30, 약 1 내지 약 20, 약 1 내지 약 10, 약 1 내지 약 9, 약 1 내지 약 8, 약 1 내지 약 7, 약 1 내지 약 6, 약 1 내지 약 5, 약 1 내지 약 4, 약 1 내지 약 3, 약 1 내지 약 2, 약 10 내지 약 1,000,000, 약 10 내지 약 500,000, 약 10 내지 약 100,000, 약 10 내지 약 50,000, 약 10 내지 약 10,000, 약 10 내지 약 5,000, 약 10 내지 약 1,000, 약 10 내지 약 900, 약 10 내지 약 800, 약 10 내지 약 700, 약 10 내지 약 600, 약 10 내지 약 500, 약 10 내지 약 400, 약 10 내지 약 300, 약 10 내지 약 200, 약 10 내지 약 100, 약 10 내지 약 90, 약 10 내지 약 80, 약 10 내지 약 70, 약 10 내지 약 60, 약 10 내지 약 50, 약 10 내지 약 40, 약 10 내지 약 30, 약 10 내지 약 20, 또는 약 5 내지 약 20 의 높이 대 직경의 종횡비를 가지며, 이들 사이의 임의의 종횡비 범위를 포함한다.
다양한 구현들에서, 날카로운 부재(260)는 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 절연 재료들, 또는 하프늄 또는 알루미늄 산화물과 같은 다른 금속 산화물들을 포함한다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재(260)는 화학적 불활성 및/또는 전기 절연을 위한 코팅으로 코팅된다. 다양한 구현에서, 코팅은 기상 또는 액상 증착 기술을 통해 증착될 수 있다. 다양한 구현에서, 코팅은 예를 들어 산화물 또는 질화물과 같은 무기 절연체와 같은 코팅 물질, 및 인 시츄로 증착되거나 중합될 수 있는 다양한 중합체를 포함한다. 다양한 구현에서, 코팅은 예를 들어 파릴렌과 같은 기상 증착된 폴리머 코팅을 포함한다. 다양한 구현에서, 코팅은 또한 표면 특성을 수정하거나 분자를 부착하기 위한 반응성 기를 제공하는 물질을 포함할 수 있다. 여기에는 알킬 실란, 디클로로 또는 트리클로로 실란 또는 트리메톡시 실란과 같은 유기 실란, 플루오르화 알킬 실란, 아미노실란 및 메톡시 또는 에톡시 실란과 같은 표면 특성을 변경하도록 설계된 반응성 기가 있는 실란이 포함된다. 액상으로 적용될 수 있는 코팅의 또 다른 범주는 전기영동에서 사용되는 것들, 예를 드어 폴리아크릴아미드, 폴리디메틸아크릴아미드, 아가로스 및 기타 다당류, 예: 구아란 또는 로커스트 빈 검이다. 표면 코팅의 또 다른 범주는 계면활성제 분자, 특히 폴리프로필렌 옥사이드 및 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트를 갖는 삼블록 공중합체인 Pluronic 과 같은 비이온성 계면활성제를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 코팅은 분자 결합을 촉진하기 위한 층이 뒤따르는 전기 절연 층과 같은 다양한 목표를 달성하는 데 도움이 되는 다중 층의 코팅들을 포함한다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재(260) 상의 코팅은 세포 내로 삽입될 특정 화학 물질의 결합을 용이하게 하는 것을 돕기 위한 것이다.
다양한 구현에서, 코팅은 화학적 불활성, 전기적 절연 및/또는 유체 습윤성(예: 접촉각 제어용) 을 제공하는데 적합한 임의의 재료일 수 있다. 다양한 구현에서, 코팅은 예를 들어, 임의의 소분자, 단백질, 펩티드, 펩토이드, 폴리머 또는 실리콘, 알루미나, 세라믹, 금, 실리콘 산화물, 금속, 폴리머, 이들 재료의 적층 스택, 및/또는 물리적으로 흡수 및/또는 증착되거나 공유 또는 비공유적으로 화학적으로 결합된 임의의 조합과 같은 무기 물질을 비롯한 다양한 물질 클래스를 포함하는 친수성 코팅을 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 코팅은 예를 들어, 약 95°와 약 165°사이의 접촉각을 갖는 소수성 코팅을 포함할 수 있다. 다양한 구현예에서, 소수성 코팅은 약 95°와 약 165°, 약 100°와 약 165°, 약 105°와 약 165°, 약 110°와 약 165°, 약 120°와 약 165°, 약 95°와 약 150°, 약 95°와 약 140°, 또는 약 95°약 130°사이의 접촉각을 갖고, 이들 사이의 임의의 접촉각 범위를 포함한다.
다양한 구현에서, 친수성 코팅은 약 20°와 약 80°사이의 접촉각을 갖는다. 다양한 구현에서, 친수성 코팅은 약 25°와 약 80°, 약 30°와 약 80°, 약 35°와 약 80°, 약 40°와 약 80°, 약 20°와 약 70°, 약 20°와 약 60°, 또는 약 20°와 약 50°사이의 접촉각 범위를 가지며, 이들 사이의 임의의 접촉각 범위를 포함한다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재(260)는 패턴화된 친수성 및 소수성 코팅의 조합을 갖는다. 소수성 코팅은 아지드, 유기실란, 탄화수소 또는 플루오로카본과 같은 다양한 부류, 또는 공유 결합 또는 비공유 결합된 유기 분자를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재(260) 상의 코팅은 세포 내로 삽입될 특정 화학 물질의 결합을 용이하게 하는 것을 돕기 위한 것이다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재(260)은 약 50 nm 와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는다. 다양한 구현들에서, 날카로운 부재(260)은 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 1㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 75㎛, 약 2㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 2 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 2 ㎛ 내지 약 1 mm 의 길이를 가지며, 이들 사이의 모든 치수들을 포함한다.
다양한 구현에서, 구조(200)은 복수의 날카로운 부재(260)를 최대 약 5개의 날카로운 부재, 최대 약 10개의 날카로운 부재, 최대 약 50개의 날카로운 부재, 최대 약 100개의 날카로운 부재, 최대 약 500개의 날카로운 부재, 최대 약 1,000개의 날카로운 부재, 최대 약 5,000개의 날카로운 부재, 최대 약 10,000개의 날카로운 부재, 최대 약 50,000개의 날카로운 부재, 최대 약 100,000개의 날카로운 부재, 최대 약 500,000개의 날카로운 부재, 최대 약 1,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 5,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 10,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 50,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 100,000,000개의 날카로운 부재, 또는 최대 약 500,000,000개의 날카로운 부재까지 포함할 수 있으며, 위에서 설명한 임의의 두 개의 수들 사이의 임의의 범위의 날카로운 부재들을 포함한다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230)는 복수의 날카로운 부재(260)를 최대 약 5개의 날카로운 부재, 최대 약 10개의 날카로운 부재, 최대 약 50개의 날카로운 부재, 최대 약 100개의 날카로운 부재, 최대 약 500개의 날카로운 부재 , 최대 약 1,000개의 날카로운 부재, 최대 약 5,000개의 날카로운 부재, 최대 약 10,000개의 날카로운 부재, 최대 약 50,000개의 날카로운 부재, 최대 약 100,000개의 날카로운 부재, 최대 약 500,000개의 날카로운 부재, 최대 약 1,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 5,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 10,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 50,000,000개의 날카로운 부재, 최대 약 100,000,000개의 날카로운 부재, 또는 최대 약 500,000,000개의 날카로운 부재까지 수용할 수 있으며, 위에서 설명된 임의의 두개의 수들 사이의 임의의 범위의 날카로운 부재를 포함한다.
다양한 구현에서, 구조 (200) 는 복수의 베이스 플레이트 (230) 를 포함한다.
다양한 구현에서, 구조 (200) 는 베이스 플레이트 (230) (전극) 에 평행하게 배치된 상대 전극 (280) 을 더 포함한다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 날카로운 부재(260) 근처에서 베이스 플레이트(230) 위에 매달려 있다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 피트(212)에서 베이스 플레이트(230) 아래에 배치된다. 다양한 구현에서, 구조(200)은 날카로운 부재(260) 근처의 베이스 플레이트(230) 위의 2개의 개별적으로 또는 공통으로 주소 지정 가능한 상대 전극을 포함한다. 다양한 구현에서, 구조(200)는 피트(212) 내의 베이스 플레이트(230) 아래에 2개의 개별적으로 또는 공통으로 주소 지정 가능한 상대 전극을 포함한다. 다양한 구현에서, 구조(200)는 날카로운 부재(260) 근처의 베이스 플레이트(230) 위의 상대 전극 및 피트(212) 내의 베이스 플레이트(230) 아래의 상대 전극을 포함한다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 두께, 형태, 기하학적 구조, 재료, 저항, 임피던스, 광학적 투명도, 또는 이들의 임의의 조합이 다를 수 있다. 다양한 구현에서, 상대 전극 기하구조는 개별적으로 어드레싱된 개별 세그먼트로 변경되거나, 분기되거나, 3개로 분할되거나, 일반적으로 분할될 수 있다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트의 분할 어드레서빌리티 (addressability) 는 날카로운 부재의 피치에서 측면 보정 및/또는 면외 (out of plane) 각도 틸트 보정을 허용한다(나노제조 결함이 사용 중에 능동적 보정을 필요로 하는 경우). 이것은 도 6b 에 아래에 도시되는 바와 같이 바늘 플랫폼과 상대 전극 사이의 차동 면외 (z축) 힘을 생성하기 위해 각 상대 전극 세그먼트의 전압을 변경하여 구현된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(230) (전극) 및 상대 전극은 약 1 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 1㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 75㎛, 약 2㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 2 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 2㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 2 ㎛ 내지 약 1 mm 의 분리 거리를 가지며, 이들 사이의 임의의 분리 거리 범위들을 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현들에서, 상대 전극(280)은 약 0.01 ㎛ 내지 약 1 mm, 약 0.01 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 75 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 50 ㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.01㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 25㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 50㎛, 약 0.1㎛ 내지 약 75㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 250 ㎛, 약 0.1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 1 mm (사이의 임의의 두께 범위 포함)의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 상대 전극 (280) 은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다. 다양한 구현들에서, 상대 전극 (280) 은 금속, 금속 합금, 세라믹, 합성물, 또는 폴리머를 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 도핑된 실리콘, 실리콘의 임의의 동소체, 임의의 무기 유리질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 다결정질 재료 또는 혼합물, 임의의 무기 단결정질 재료 또는 혼합물, 금속 산화물, 준금속 산화물을 포함하는 임의의 세라믹 재료, 금속 또는 준금속 질화물, 질소 또는 기타 비-준금속 또는 금속 원소를 갖는 금속 또는 준금속 산화물, 상기 물질의 임의의 도핑된 조합, 상기 물질의 임의의 적층 스택 또는 구조적 조합을 포함할 수 있다. 다양한 구현에서, 상대 전극 (280) 은 산화인듐주석(ITO), 질화티타늄(TiN), 금속막, 도핑된 반도체막, 무기반도체, 복합재료, 유기전도막, 각종 그래핀을 포함하는 임의의 탄소 동소체, 산화그래핀, 불일치 그래핀, 및 이들의 조합 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 재료의 단일 층이다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 다중 층을 갖는 복합 재료이다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 빈 공극 층, 또는 복합 재료 내의 하나 이상의 공극을 포함할 수 있다.
다양한 구현에서, 상대 전극 (280) 은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 약 1010 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3, 1011 원자/cm3 내지 약 1021 원자/cm3, 또는 약 1011 원자/cm3 내지 약 1020 원자/cm3 의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현들에서, 상대 전극(280)은 붕소, 인, 비소, 인듐, 갈륨, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 질소 및 금의 목록으로부터의 도펀트로 도핑될 수 있다.
다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극(280)은 약 10-4 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 약 10-3 Ω-cm 내지 약 103 Ω-cm, 또는 약 10-3 Ω-cm 내지 약 104 Ω-cm 의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에 따르면, 전원(미도시)은 약 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0), 예를 들어 직류(DC) 전압을 제공하기 위해 베이스 플레이트 (230) 또는 기판 플랫폼 (210) (전극) 에 및 상대 전극 (280) 에 전기적으로 연결될 수 있다. 다양한 구현에서, 전극 및 상대 전극은 약 1V와 100V 사이의 전위차(V0)를 수신하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극과 상대 전극은 10V와 50V 사이의 전위차(V0)를 수신하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극(베이스 플레이트(230) 및/또는 기판 플랫폼(210)) 및 복수의 상대 전극은 중첩될 수 있고 전극/상대 전극 각각 사이에서 변할 수 있는 전압 신호를 수신하도록 구성된다.
다양한 구현에 따르면, 전원(미도시)은 베이스 플레이트(전극) 및 상대 전극에 전기적으로 연결되어 베이스 플레이트(전극) 및 상대 전극을 가로질러 교류(AC)를 제공하여 감지, 임피던스 감지, 작동 또는 측정 수행을 위해 발진 전기장을 생성할 수 있다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(전극)와 상대 전극을 가로지르는 AC는 약 50mV와 약 300V 사이의 전압으로 공급된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(전극)와 상대 전극을 가로지르는 AC는 약 50mV와 약 50V, 약 250mV와 약 5V, 약 500mV와 약 50V, 약 750mV와 약 50V, 약 1V와 약 50V, 약 5V 와 약 50V, 약 10V 및 약 50V, 약 250mV 및 약 40V, 약 250mV 및 약 30V, 약 250mV 및 약 20V, 약 250mV 및 약 10V, 약 250mV 와 약 8V, 약 250mV 및 약 6V 약 250mV 및 약 5V, 약 300mV 와 약 5V, 약 1V 와 약 5V, 약 0V 와 약 30V, 또는 약 0V 와 약 300V 사이의 전압으로 공급되며, 그들 사이의 임의의 전압 범위들을 포함한다. 베이스 플레이트가 그의 휴지 위치에 있을 때 전압은 0V일 수 있다.
다양한 구현에서, 베이스 플레이트(전극)와 상대 전극을 가로지르는 AC는 약 1Hz와 약 1THz 사이의 발진 주파수로 공급된다. 다양한 구현에서, 베이스 플레이트(전극)와 상대 전극을 가로지르는 AC는 약 10Hz와 약 100GHz, 약 100Hz와 약 10GHz, 약 1kHz와 약 1GHz , 약 10kHz 및 약 1GHz, 약 100kHz 및 약 1GHz, 약 500kHz 및 약 1GHz, 약 1MHz 및 약 1GHz, 약 10MHz 및 약 1GHz, 약 100MHz 및 약 1GHz, 약 10 kHz 및 약 500MHz, 약 10kHz 및 약 100MHz, 약 10kHz 및 약 50MHz, 약 10kHz 및 약 30MHz, 약 10kHz 및 약 20MHz, 약 10kHz 및 약 10MHz, 약 100kHz 및 약 10MHz, 또는 약 500kHz와 약 10MHz, 또는 약 1MHz와 약 10Mhz 사이의 진동 주파수로 공급되고, 이들 사이의 임의의 주파수 범위들을 포함한다.
도 2b 는 다양한 구현에 따른, 도 2a의 예시적인 MEMS 구조 (200) 의 어레이 (205) 의 개략도를 도시한다. 도 2b 에 도시된 바와 같이, 어레이(205)는 복수의 구조들(200)을 포함하는 시스템의 일부이다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조들(200)은 약 1 내지 약 108 개의 구조들의 범위이다. 다양한 구현에 따르면, 시스템의 구조(200) 각각은 각각의 날카로운 부재(또는 복수의 날카로운 부재)를 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조(200)은 약 0.1μm와 10cm, 약 0.1μm와 1cm, 약 0.1μm와 1mm, 약 0.1μm와 500μm, 약 0.1μm 및 100μm, 약 0.1μm 및 75μm, 약 0.1μm 및 50μm, 약 0.1μm 및 25μm, 약 0.1μm 및 10μm, 약 10μm 및 1mm, 또는 약 20μm 및 1mm 사이 만큼 서로 분리되고, 이들 사이의 임의의 분리 거리 범위들을 포함한다.
도 3a 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 다른 예시적인 MEMS 구조 (300a) 의 개략적인 평면도를 도시한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 구조(300a)은 기판 플랫폼(310a) 및 원형 베이스 플레이트(330a) 주위에서 만곡된 복수의 구불구불한 아암(350a)을 갖는 원형 베이스 플레이트(330a)를 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 원형 베이스 플레이트(330a)가 휴지 위치에 있도록 원형 베이스 플레이트(330a)는 복수의 곡선형 구불구불한 아암(350a)을 통해 기판 플랫폼(310a)에 부착된다. 도 2a의 구조(200)와 달리, 구조(300a)는 원형이고, 원형 베이스 플레이트(330a)에 기초하여, 곡선형 구불구불한 아암(350a) 및 기판 플랫폼(310a)은 원형 베이스 플레이트(330a)를 수용하도록 설계되어 보다 컴팩트한 디자인을 달성한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 날카로운 부재(360a)는 원형 베이스 플레이트(330a)의 평면에 실질적으로 수직으로 배치된다. 구조(200)과 유사하게, 초기에 베이스 플레이트(330a)와 기판 플랫폼(310a)은 동일 평면에 있다. 다양한 구현들에서, 원형 베이스 플레이트(330a)는 전극이고, 원형 베이스 플레이트(330a) 및 기판 플랫폼(310a)의 평면에 수직인 방향으로의 정전기 작동에 기초하여 휴지 위치로부터 멀리 위 또는 아래로 이동하도록 구성된다. (예를 들어 도 2a에 도시된 바와 같이 두 개의 구불구불한 아암이 아닌) 복수의 구불구불한 아암(350a) 을 사용하는 것은 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(330a), 따라서 날카로운 부재 또는 바늘(360a)의 회전 및 면외 이동을 최소화한다.
도 3b 는 다양한 구현에 따른 구불구불한 아암을 갖는 또다른 예시의 MEMS 구조 (300b) 의 개략도를 보여준다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 구조(300b)은 기판 플랫폼(310b) 및 원형 베이스 플레이트(330b) 주위에서 만곡된 복수의 구불구불한 아암(350b)을 갖는 원형 베이스 플레이트(330b)를 포함한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 원형 베이스 플레이트(330b)가 휴지 위치에 있도록 원형 베이스 플레이트(330b)는 복수의 곡선형 구불구불한 아암(350b)을 통해 기판 플랫폼(310b)에 부착된다. 도 2a의 구조(200)와 달리, 그리고 도 3a의 구조(300a)와 유사하게, 구조(300b)는 원형이고, 원형 베이스 플레이트(330b)에 기초하여, 곡선형 구불구불한 아암(350b) 및 기판 플랫폼(310b)은 원형 베이스 플레이트(330b)를 수용하도록 설계되어 보다 컴팩트한 디자인을 달성한다. 도 3a의 구조(300a)과 달리, 구조(300a)은 약간 더 큰 원형 베이스 플레이트(330b)를 포함하고, 이에 따라 곡선형 구불구불한 아암(350b)은 구불구불한 아암(350b) 내에서 더 큰 폭과 더 가까운 구불구불한 구조를 갖는다. 예를 들어, 기판 플랫폼(310a)과 기판 플랫폼(310b)이 실질적으로 동일한(또는 정확히 동일한) 치수를 갖는다고 가정하면, 원형 베이스 플레이트(330b)가 더 크기 때문에, 그것은 도 3a 의 구조(300a)에 비해 기판 플랫폼(310b)에 훨씬 더 가깝다. 그 결과, 이 특정 예의 경우, 구조(300b)에 대한 분리 거리는 구조(300a)에 대한 분리 거리보다 작을 것이다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 날카로운 부재(360b)는 원형 베이스 플레이트(330b)의 평면에 실질적으로 수직으로 배치된다. 구조(200) 및 구조 (300a) 과 유사하게, 초기에 원형 베이스 플레이트(330b)와 기판 플랫폼(310b)은 동일 평면에 있다. 다양한 구현들에서, 원형 베이스 플레이트(330b)는 전극이고, 원형 베이스 플레이트(330b) 및 기판 플랫폼(310b)의 평면에 수직인 방향으로의 정전기 작동에 기초하여 휴지 위치로부터 멀리 위 또는 아래로 이동하도록 구성된다.
도 3a의 구조(300a) 및 도 3b의 구조(300b)와 관련하여 설명된 재료, 물리적, 화학적 및 기계적 특성을 포함하는 다른 모든 파라미터들은 도 2a와 관련하여 설명된 구조(200)에 포함된 것과 유사하거나 실질적으로 유사하고, 따라서 , 자세한 내용은 제공되지 않는다.
도 3c 는 편향되는 구불구불한 캔틸레버 구조의 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래픽 예시 (300c) 이다. 예시(300c)은 구조(300b)와 상대 전극(도 3b에 도시되지 않음)에 걸친 13V 인가된 전압에서의 편향의 유한 요소 시뮬레이션 결과를 보여준다. 시뮬레이션 결과는 0.75㎛ 두께의 단결정 실리콘으로 이루어진 원형 베이스 플레이트(330b)로부터 약 20㎛ 거리에 배치된 상대 전극을 기반으로 한다. 시뮬레이션에 나타난 바와 같이, 원형 베이스 플레이트(330b)의 편향은 약 5.6㎛이다.
도 3d 는 다양한 구현에 따른, 도 3a 의 예시적인 MEMS 구조 (300a) 의 어레이 (305d) 의 개략도를 도시한다. 도 3d 에 도시된 바와 같이, 어레이(305d)는 육각형 타일로 배열되는 복수의 구조들(300a)을 포함하는 시스템의 일부이다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조들(300a)은 약 1 내지 약 108 개의 구조들의 범위이다. 다양한 구현에 따르면, 시스템의 구조(300a) 각각은 각각의 날카로운 부재(360a)를 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조(300a)은 예를 들어 2 개의 인접한 구조들 사이의 중심간 거리가, 약 0.1μm와 10cm, 약 0.1μm와 1cm, 약 0.1μm와 1mm, 약 0.1μm와 500μm, 약 0.1μm 및 100μm, 약 0.1μm 및 75μm, 약 0.1μm 및 50μm, 약 0.1μm 및 25μm, 약 0.1μm 및 10μm, 약 10μm 및 1mm, 또는 약 20μm 및 1mm 사이 만큼 서로 분리되고, 이들 사이의 임의의 분리 거리 범위들을 포함한다.
유사하게, 도 3e 는 다양한 구현에 따른, 도 3b 의 예시적인 MEMS 구조 (300b) 의 어레이 (305e) 의 개략도를 도시한다. 도 3e 에 도시된 바와 같이, 어레이(305e)는 육각형 타일로 배열되는 복수의 구조들(300b)을 포함하는 시스템의 일부이다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조들(300b)은 약 1 내지 약 108 개의 구조들의 범위이다. 다양한 구현에 따르면, 시스템의 구조(300b) 각각은 각각의 날카로운 부재(미도시)를 포함한다. 시스템의 다양한 구현에서, 복수의 구조(300b)은 예를 들어 2 개의 인접한 구조들 (300b) 사이의 중심간 거리가, 약 0.1μm와 10cm, 약 0.1μm와 1cm, 약 0.1μm와 1mm, 약 0.1μm와 500μm, 약 0.1μm 및 100μm, 약 0.1μm 및 75μm, 약 0.1μm 및 50μm, 약 0.1μm 및 25μm, 약 0.1μm 및 10μm, 약 10μm 및 1mm, 또는 약 20μm 및 1mm 사이 만큼 서로 분리되고, 이들 사이의 임의의 분리 거리 범위들을 포함한다. 주어진 MEMS 구조(300b)의 바늘 플랫폼 내에서, 다중 바늘(360)이든 하나의 바늘(360)이든, 동일한 플랫폼(330)에 의해 이동되는 경우 모든 바늘(360)은 함께 어드레싱될 수 있다. 그러나 어레이(305e)의 각 디바이스(300b)는 어레이(305e)의 다른 디바이스(300b)에서 바늘 플랫폼(330)의 이동과 동기화하여, 발사 패턴으로, 또는 이와 독립적으로 바늘 플랫폼(330)을 이동시킬 수 있다. 다시 말해서, 어레이(305e)의 다수의 디바이스들(300b)은 상이한 신호들과 독립적으로 다중화될 수 있다.
도 4 는 예시적인 구현에 따른, 구불구불한 아암을 갖는 예시적인 MEMS 디바이스를 동작시키는 방법 (400) 에 대한 플로우 챠트이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 방법(400)은 단계(410)에서 전원을 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 구현들에서, 전원은 일반적으로 DC 소스, AC 소스, 또는 혼합 신호들의 조합으로부터 또는 전극/액추에이터에 대한 전기/신호 통신의 수단으로서 인가된 신호를 제공하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전원은 출력 신호의 감지 뿐만 아니라 혼합 신호(DC 및 AC 신호 성분)를 인가하도록 구성된다. 다양한 구현에서, 전극/액추에이터의 임피던스에 적절하게 매칭되도록 고주파 신호가 입력된다. 다양한 구현에서, 고주파 신호는 전극/액추에이터가 작동하게 하는 DC 성분에 중첩된다. 고주파 신호는 전극/액추에이터의 편향 동역학과 시간적으로 완전히 일치하지 않지만, 액추에이터가 편향됨에 따라, 재료의 저항 및 대응하는 임피던스는 차동 원자 격자 간격으로 인해 변경된다. 다양한 구현에서, 캐리어 이동도는 재료 편향에 의해 변경되고, 따라서 임피던스 변화는 인 시츄로 측정될 수 있고 편향 값과 상관될 수 있다. 다양한 구현에서, 이 값은 명령 세트를 통해 인가된 DC 전압 신호 성분의 함수로서 기록될 수 있다. 다양한 구현에서, 판독값은 액추에이터의 실시간 변위를 결정하는 데 사용된다.
방법(400)은 또한 단계 420 에서 기판 플랫폼; 복수의 구불구불한 아암을 갖고, 그 복수의 구불구불한 아암을 통해 기판 플랫폼에 부착된 전극; 전극 상에 실질적으로 수직으로 배치된 날카로운 부재; 및 전극에 실질적으로 평행하게 배치된 상대 전극을 갖는 디바이스를 제공하는 단계를 포함한다. 다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼은 동일 평면에 있다. 다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치에서 평면 상에 제공되고, 휴지 위치로부터 이격되어 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성된다.
방법은 또한 단계 430 에서, 상기 전원을 통해, 상기 디바이스의 상기 전극과 상기 상대 전극을 가로질러 직류 (DC) 를 공급하여 상기 디바이스의 상기 전극과 상기 상대 전극을 가로질러 정전기장을 생성하는 단계를 포함한다.
다양한 구현에서, 방법 (400) 은 선택적으로 단계 440 에서 전원을 통해 전극과 상대 전극에 걸쳐 약 0.1
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V 와 10kV 사이의 전위차(V0) 를 공급하는 단계를 포함한다. 여러 구현들에서, 방법 (400) 은 선택적으로 단계 450 에서 상기 전원을 통해, 상기 복수의 디바이스들의 각각의 개별 전극 및 각각의 개별 상대 전극에 걸쳐 상기 직류 (DC) 를 공급하여, 상기 복수의 디바이스들의 각각의 개별 전극과 각각의 개별 상대 전극을 가로지르는 복수의 정전기장들을 생성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 베이스 플레이트 전극(및 그에 따라 그것에 부착된 날카로운 부재)의 편향은 전원의 포지티브 리드와 네거티브 리드 사이에서 측정된 변화하는 임피던스 레벨에 기초하여 선택적으로 추정될 수 있다. 이러한 추정은 디바이스의 동작에 필요하지 않을 수 있지만, 예를 들어 주입되는 세포의 크기에 기초하여, 또는 날카로운 부재 또는 바늘의 오정렬 또는 차단을 검출하기 위해, 베이스 플레이트의 편향에 대한 지식이 이로울 수 있다.
다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 3개의 구불구불한 아암을 포함한다. 다양한 구현에서, 전극은 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 4개의 구불구불한 아암을 포함한다.
다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 3배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 5배, 적어도 약 8배, 적어도 약 10배, 또는 적어도 약 15배의 선형 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 구불구불한 아암은 전극과 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 약 1000배까지의 선형 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼은 중심이 같다. 다양한 구현에서, 전극은 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극은 약 100 nm와 약 10 cm 사이의 측방향 치수를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극은 약 5㎛와 약 500㎛ 사이의 측방향 치수를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치로부터 약 0.1 nm와 약 10 mm 사이의 거리 동안 이동한다. 다양한 구현에서, 전극은 휴지 위치로부터 약 1 nm와 약 1 mm 사이의 거리 동안 이동한다.
다양한 구현에서, 전극은 제1 두께를 갖고 기판 플랫폼은 제2 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 제1 두께는 제2 두께와 상이하다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001㎛와 약 10mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1㎛와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현들에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 붕소, 인, 비소, 인듐, 갈륨, 안티몬, 비스무트, 리튬, 게르마늄, 질소 및 금의 목록으로부터의 도펀트로 도핑될 수 있다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극 또는 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 와 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다. 다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이이다. 다양한 구현에서, 전극과 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이이다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 50 nm와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는다. 다양한 구현에서, 날카로운 부재는 약 2㎛와 약 50㎛ 사이의 길이를 갖는다.
다양한 구현에서, 날카로운 부재는 제1 날카로운 부재이고, 디바이스는 제2 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 10개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 100개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 약 500,000,000개까지의 날카로운 부재까지 복수의 날카로운 부재를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 전극은 제1 전극이고, 디바이스는 제2 전극을 더 포함한다. 다양한 구현에서, 디바이스는 복수의 전극들을 더 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.01 ㎛ 와 약 1 mm 사이의 두께를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 0.1㎛ 와 약 10㎛ 사이의 두께를 갖는다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함한다.
다양한 구현에서, 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는다. 다양한 구현에서, 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는다.
다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극에 걸쳐 약 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차(V0) 를 공급하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극을 가로질러 약 1V와 100V 사이의 전위차(V0)를 공급하는 단계를 더 포함한다. 다양한 구현에서, 방법은 전원을 통해 전극과 상대 전극을 가로질러 약 10V와 50V 사이의 전위차(V0)를 공급하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 디바이스는 제1 디바이스이고, 이 방법은 복수의 디바이스들, 및 전원을 통해 복수의 디바이스의 각각의 개별 전극 및 각각의 개별 상대 전극에 걸쳐 직류(DC)를 공급하여 복수의 디바이스의 각각의 개별 전극과 각각의 개별 상대 전극을 가로지르는 복수의 정전기장을 생성하는 단계를 더 포함한다.
다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 1 내지 약 108 개의 디바이스들의 범위이며, 디바이스들 각각은 각각의 날카로운 부재를 갖는다. 다양한 구현에서, 복수의 디바이스는 약 0.1㎛ 내지 10cm 사이만큼 서로로부터 분리된다.
도 5 는 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스 (500) 의 사시도이다. 기판 플랫폼(510), 피트 또는 캐비티(512), 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530), 복수의 구불구불한 아암(550), 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530) 상에 배치된 날카로운 부재(560), 하부 기판(570), 상부 기판(575), 하부 전극 또는 상대 전극(580), 및 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530) 내에 배치된 복수의 홀들 (590) 이 보인다. 이 홀(590)은 예를 들어 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)이 제조된 후 피트 (512) 가 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530) 아래에서 바닥 기판(570)에 형성될 수 있도록 화학 물질(예: 불화수소산과 같은 에칭제)이 제조 동안 재료의 아래층에 접근하는 것을 허용할 수 있다. 구현에 따라, 홀(590)은 모두 동일한 크기일 수 있거나, 상이한 크기일 수 있고, 다양한 패턴으로 규칙적으로 이격될 수 있거나, 또는 무작위로 이격될 수 있다. 일부 실시예에서, 홀(590)은 제1 제조 단계에서 생성될 수 있고, 제2 제조 단계에서 채워지거나 덮일 수 있고, 제3 제조 단계에서 채워지지 않거나 덮이지 않을 수 있다.
일부 실시예에서, 날카로운 부재(560)는 제조 프로세스 동안 플랫폼에 추가된다. 날카로운 부재에 대한 예시적인 제조 단계는 예를 들어 다음을 포함할 수 있다:
1) SiO2 의 Si 에서 플랫폼을 에칭한다.
2) 플랫폼을 캡슐화하기 위해 산화물을 증착한다.
3) 평탄화한다.
4) 두꺼운 폴리-Si (침재) 를 증착한다.
5) 폴리-Si 를 에칭하여 날카로운 부재(560)와 날카로운 부재(560) 주위에 산화물 캡슐화된 플랫폼까지 트렌치를 형성한다.
6) 희생 산화물을 HF 에칭한다. 도시된 바와 같은 구조를 형성하기 위해 대신에 또는 추가로 다른 공정이 사용될 수 있다.
도 6a 는 다양한 구현에 따른, 예시적인 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스 (600A) 의 적어도 일부의 사시도이다. 기판 플랫폼(510), 복수의 구불구불한 아암(550), 및 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)이 보인다. 도 6a에 도시된 예에서, 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)은 복수의 날카로운 부재 또는 바늘(560)을 포함한다. 단일 날카로운 부재(560)와 대조적으로, 복수의 날카로운 부재는 더 많은 수의 셀이 단일 디바이스에 의해 처리되도록 함으로써 MEMS 구조(600A)에 대한 더 높은 처리량에 기여할 수 있다. 구현에 따라, 날카로운 부재 또는 바늘(560)은 실질적으로 동일한 길이일 수 있거나, 패턴에 따라 길이가 다를 수 있거나, 무작위로 분포된 길이일 수 있다.
또한 하부 전극(또는 상대 전극)(580) 및 상부 전극(또는 상대 전극 또는 멤브레인)(680)이 보인다. 바늘 플랫폼(530) 위와 아래에 전극을 포함하면 바늘 플랫폼(530)과 2개의 전극(580, 680) 사이의 전위를 변화시킴으로써 바늘 플랫폼(530)이 양쪽 Z 방향(위 및 아래)으로 당겨질 수 있다. 이 배열은 또한 (예를 들어, 위에서 설명된 임피던스를 측정함으로써) 추가적인 힘 감지 피드백 제어, 및 바늘 플랫폼의 이동에 대한 보다 엄격한 제어를 허용한다.
일부 실시예에서, 상부 전극(680)은 날카로운 부재(560)와 정렬된 복수의 홀 또는 기공 개구(690)를 포함하여, 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)이 위쪽으로 편향되면 날카로운 부재(560)가 홀 또는 기공 개구 (690) 을 통과할 수 있다. 이러한 실시예는 단일 바늘 플랫폼(530) 상의 다수의 바늘 또는 날카로운 부재(560)가 상부 전극(680) 위의 미세유체 영역(602)에 들어가는 것을 허용한다. 복수의 바늘(560)과 함께, 복수의 바늘(560)과 정렬된, 상대 전극 또는 상부 전극 및 멤브레인(680)에 복수의 연관된 기공 개구(690)를 갖는 것이 유리할 수 있다. 단일 날카로운 부재 또는 바늘(560)을 사용하여, 단일 기공 개구(690)는 날카로운 부재 또는 바늘(560)이 미세유체 영역(602)에 접근할 수 있도록 하기에 충분할 수 있다. 기공 개구(690)는 또한 바늘(560)을 정렬하는 것을 돕거나 바늘(560)의 오정렬을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 베이스 플랫폼(530)이 특정 높이를 지나 위로 편향되지 않을 경우, 이는 바늘(560)과 기공(690)이 차단되거나 서로 잘못 정렬되었음을 나타낼 수 있다.
도 6b 는 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스 (600B) 의 단면 사시도이다. 상부 기판(575)의 두께를 완전히 통과해 그리고 하부 기판(570)의 두께를 부분적으로 통과해 돌출하는 피트(512)를 정의하는 하부 기판(570) 및 상부 기판(575)이 보인다. 하부 기판(570)과 상부 기판(575) 사이에 기판 플랫폼(510)이 끼워지고, 그것으로부터 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)을 지지하는 복수의 구불구불한 아암(550)이 돌출되어 있다. 이 예에서, 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)은 구조적 분리기 및 전기 절연체/아이솔레이터 모두의 역할을 할 수 있는 3부분 분리기(610)에 의해 분리된 3개의 전기적으로 절연된 섹션(530A, 530B, 530C)으로 분할된다. 각각의 섹션(530A, 530B, 530C)은 (예를 들어, 그 섹션을 연결하는 대응하는 구불구불한 아암(550)을 통해) 개별적으로 전기적으로 어드레싱될 수 있다. 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(530)은 복수의 날카로운 부재 (560) 를 포함한다.
또한 분리기(610)에 의해 분리된 3개의 전기적으로 격리되고 독립적으로 주소 지정 가능한 섹션(580A, 580B, 580C)으로 유사하게 분할된 하부 상대 전극(580)이 보인다. 또한 날카로운 부재(560)와 정렬된 복수의 홀(690)을 포함하는 상부 상대 전극(680)이 보인다. 상부 상대 전극(680)은 유사하게 세 부분으로 된 분리기(610)에 의해 분리된 3개의 독립적으로 주소 지정 가능한 섹션(680A, 680B, 680C)으로 분할된다. 베이스 플레이트(530), 하부 상대 전극(580), 및 상부 상대 전극(680)의 각 섹션이 독립적으로 어드레싱될 수 있기 때문에, 베이스 플레이트(530)와 상대 전극(580, 680) 사이에 횡방향 힘 및 수직력이 생성될 수 있다. 이 배열은 측면 위치 보정 뿐아니라 면외 각도 틸트 보정을 허용한다. 이것은 예를 들어 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼 (530) 과 상대 전극 (580 및 680) 사이의 차동 면외 (z축) 힘을 생성하기 위해 각 상대 전극 세그먼트의 전압을 변경하여 구현된다. 이러한 차동 전압은 상부 및 하부 상대 전극 사이에 동시에 또는 독립적으로 인가될 수 있다. 일부 실시예에서, 세그먼트(530A, 530B, 530C, 580A, 580B, 580C, 680A, 680B, 680C)는 각각 통상적으로 이산화규소(SiO2)와 같은 절연 재료, 산화 하프늄과 같은 유전성 재료, SICOH, SiNx, 탄탈륨 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 납 지르코늄 티타네이트, 바륨 티타네이트, 세라믹, 유리, 플라스틱, 또는 다양한 금속 또는 준금속 산화물에서 결합되고 캡슐화될 수 있다. 유사하게 질화물, 탄화물 또는 칼코겐화물은 산소 대신에 또는 위에서 언급한 준금속 또는 금속 기반 절연 재료와 조합하여 사용될 수 있다; 예를 들어 탄탈륨 질화물, 탄탈륨 셀렌화물, 알루미늄 질화물, 지르코늄 카바이드, 또는 알루미늄 산질화물.
각각의 세그먼트는 연관된 전도성 암(685)에 의해 어드레싱될 수 있지만, 임의의 주어진 전도성 트레이스(685)는 예를 들어 면외 보정을 어드레싱하기 위해 단일 세그먼트 또는 다중 세그먼트를 어드레싱할 수 있다. 세그먼트는 모두 동일한 재료일 수 있거나, 대안적으로 적어도 2개의 세그먼트가 서로 다른 재료로 제조될 수 있다. 예를 들어, 각각의 상대 전극 세그먼트(680A, 680B, 680C, 580A, 580B, 580C)는 예를 들어 연관된 전기 전도성 트레이스(685) 및 대응하는 전원을 통한 전압 신호에 의해 독립적으로 어드레싱될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 플랫폼 세그먼트(530A, 530B, 530C)는 공간적으로 연관되고 전도성이거나 부분적으로 전도성인 구불구불한 아암을 통해 공급되는 대응하는 전원 신호로 독립적으로 어드레싱될 수 있다. 이러한 장치 내 다중화 구성을 통해 정밀한 이동 제어, 변위 피드백, 뿐아니라 틸트 및 면외 플랫폼 보정이 가능하다. 이러한 컴포넌트는 베이스 플랫폼에 대해 위에 나열된 것과 유사한 재료로 구성될 수 있다. 이러한 재료는 예를 들어 도 6b의 실시예를 제공하기 위해 위에 열거된 절연 재료와 기능적으로 결합(계층화 또는 측방향으로 분할)될 수 있다.
MEMS 디바이스(600B)가 도 6b에 층당 3개의 세그먼트 및 세그먼트당 하나의 전도성 트레이스(685)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 수의 세그먼트, 전도성 트레이스의 수, 전도성 트레이스당 세그먼트 수 및 세그먼트당 전도성 트레이스의 수가 구현에 따라 대신 또는 추가로 채용될 수 있다. 일부 경우에, 주어진 플랫폼(530) 또는 상대 전극(580 또는 680)의 각각의 세그먼트는 별개의 전극 또는 상대 전극으로 간주될 수 있어, 복수의 전극 및/또는 상대 전극이 MEMS 디바이스(600B)를 제어하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 바늘 플랫폼(530)은 상대 전극(580, 680)의 전압이 일정하게 유지되는 동안 가변 전압을 가질 수 있다. 그러한 배치의 한 가지 장점은 상부 상대 전극 또는 멤브레인(680) 위에 및 그것에 가까이에 존재할 수 있는 다른 전자 부품(예: 유전영동 또는 DEP 전극, 미도시)과의 간섭을 제한하는 것이다. 일부 MEMS 디바이스들에서, 상부 상대 전극 또는 멤브레인(680)은 DEP 전극 또는 다른 전자 부품에 매우 가까울 수 있는 반면, 바늘 플랫폼(530)은 상대적으로 더 멀리 떨어져 있을 수 있어 전기 아크 또는 신호 간섭의 위험을 덜 생성할 수 있다.
일부 실시예에서, 다중 바늘 플랫폼 시스템에서 각각의 바늘 또는 바늘 그룹(560)은 상이한 전압을 갖거나, 소수의 바늘 또는 바늘 그룹(560)은 상이하게 인가된 전압 또는 상이하게 인가된 신호를 갖는다. 가변 신호는 국부적으로 연관된 구불구불한 아암(550)에 의해 공급될 수 있다.
도 7 은 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스 (700) 의 평면 사시도이다. 기판(770), 기판 플랫폼(710), 복수의 홀(790)을 포함하고 적어도 하나의 바늘(미도시)을 지지하는 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(730), 및 베이스 플레이트(730)를 기판 플랫폼(710)에 연결하고 기판 플랫폼(710)으로부터 베이스 플레이트(730)를 현수시키는 작용을 하는 2 가지 상이한 유형의 구불구불한 아암 (750A 및 750B) 이 보인다. 도 7에 도시된 예에서, 2개의 구불구불한 아암(750A)은 2개의 구불구불한 아암(750B)보다 더 작은 단면적 및 더 긴 경로 길이를 갖는다. 이러한 배열은 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(730)의 면외 Z-축 이동에 대한 복수의 구불구불한 아암의 전체 강성을 증가시키지 않으면서 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(730)의 회전 및 면외 이동을 제한하기 위해 채용될 수 있다. 두 가지 유형의 구불구불한 아암(750A, 750B)이 도시되어 있지만, 그 대신에 또는 추가로 더 많거나 더 적은 수의 상이한 유형이 채용될 수 있다. 구불구불한 모서리는 도시된 바와 같이 날카롭운 90도 모서리일 수 있거나, 구현에 따라 다른 각도 또는 둥근 굴곡을 포함할 수 있다.
도 8 은 다양한 구현에 따른 예시의 MEMS 구조 또는 MEMS 디바이스 (800) 의 단면 사시도이다. 기판(870), 기판 플랫폼(810), 복수의 홀(890)을 포함하고 적어도 하나의 바늘(미도시)을 지지하는 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(830), 및 2 가지 상이한 유형의 구불구불한 아암 (850A 및 850B) 이 보인다. 이 예에서, 기판 플랫폼(810), 베이스 플레이트 또는 바늘 플랫폼(830), 및 구불구불한 아암(850A 및 850B)은 2개의 상이한 재료 층(801 및 802)을 사용하여 제조되었다. 전기 전도도, 전기 절연 또는 아이솔레이션, 무선 주파수 차폐, 구조적 보강, 강성 향상 또는 유연성 향상을 포함하지만 이에 국한되지 않는 상이한 재료를 바늘 플랫폼(830)에 적층하는 것이 바람직할 수 있는 많은 이유가 있다.
본 명세서가 다수의 특정 구현 상세들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명들의 범위 또는 청구물에 대한 한정으로서가 아니라, 오히려, 특정 발명들의 특정 구현들에 특정한 특징들의 설명들로서 해석되어야 한다. 별도의 구현들의 컨텍스트에 있어서 본 명세서에서 설명된 특정 특징들은 또한 단일 구현에서의 조합으로 구현될 수 있다. 반면, 단일 구현의 컨텍스트에 있어서 설명된 다양한 특징들은 또한, 다중의 구현들에서 별도로 또는 임의의 적합한 하위조합으로 구현될 수 있다. 더욱이, 비록 구성들이 특정 조합으로 작용하는 것으로 위에서 설명되고 심지어 처음에 그와 같이 청구될 수도 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 구성들은 몇몇 경우에 그 조합으로부터 삭제될 수 있고, 청구된 조합은 하위조합 또는 하위조합의 변형으로 될 수도 있다.
유사하게, 동작들이 도면들에 있어서 특정 순서로 도시되지만, 이는, 바람직한 결과들을 달성하기 위해, 그러한 동작들이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되어야 하거나 또는 예시된 모든 동작들이 수행되어야 할 것을 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 한다. 특정 상황들에 있어서, 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수도 있다. 더욱이, 상기에서 설명된 구현들에 있어서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 그러한 분리를 모든 구현들에서 요구하는 것으로서 이해되지 않아야 하며, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다중의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있음이 이해되어야 한다.
"또는" 에 대한 언급들은, "또는" 을 사용하여 설명된 임의의 용어들이 설명된 용어들 중 하나, 1 초과 및 모두 중 임의의 것을 나타낼 수도 있도록 포괄적인 것으로서 해석될 수도 있다. 라벨들 "제 1", "제 2", "제 3" 등은 반드시 순서를 나타내도록 의미될 필요는 없으며, 일반적으로, 동일하거나 유사한 아이템들 또는 엘리먼트들 사이를 단지 구별하기 위해 사용될 뿐이다.
본 개시에서 설명된 구현들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 용이하게 자명할 수도 있으며, 본 명세서에서 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위로부터 일탈함없이 다른 구현들에 적용될 수도 있다. 따라서, 청구항들은 본 명세서에 나타낸 구현들로 한정되도록 의도되지 않으며, 본 명세서에 개시된 본 개시, 원리들 및 신규한 피처들과 부합하는 최광의 범위를 부여받아야 한다.

Claims (167)

  1. 디바이스로서,
    기판 플랫폼;
    복수의 구불구불한 (serpentine) 아암들을 갖는 베이스 플레이트로서, 상기 베이스 플레이트는 상기 복수의 구불구불한 아암들을 통해 상기 기판 플랫폼에 부착되고, 상기 베이스 플레이트는 휴지 위치에서 평면 상에 제공되는, 상기 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트 상에 배치된 날카로운 부재로서, 상기 날카로운 부재는 상기 평면에 실질적으로 수직으로 배치되고, 상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼은 동일 평면에 있으며, 상기 베이스 플레이트는 상기 휴지 위치로부터 이격되어 상기 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성되는, 상기 날카로운 부재를 포함하는, 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 3개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 상기 베이스 플레이트로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 4개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는, 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는, 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 최대 약 1000배의 선형 길이를 갖는, 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 및 상기 기판 플랫폼은 중심이 같은, 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는, 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 약 100 nm 와 약 10 cm 사이의 측면 치수를 갖는, 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 약 5 ㎛ 와 약 500 ㎛ 사이의 측면 치수를 갖는, 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 약 0.1 nm 와 약 10 mm 사이의 거리 동안 상기 휴지 위치로부터 이동하는, 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 약 1 nm 와 약 1 mm 사이의 거리 동안 상기 휴지 위치로부터 이동하는, 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 제 1 두께를 갖고 상기 기판 플랫폼은 제 2 두께를 갖는, 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께와 상이한, 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는, 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 디바이스.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 과 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 과 약 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스.
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이인, 디바이스.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트와 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이인, 디바이스.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 50 nm 와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는, 디바이스.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 2 ㎛ 와 약 50 ㎛ 사이의 길이를 갖는, 디바이스.
  27. 제 1 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 제 1 날카로운 부재이고, 상기 디바이스는 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 제 2 날카로운 부재를 더 포함하는, 디바이스.
  28. 제 1 항에 있어서,
    최대 10개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스.
  29. 제 1 항에 있어서,
    최대 약 100개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스.
  30. 제 1 항에 있어서,
    최대 약 500,000,000개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스.
  31. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 제 1 베이스 플레이트이고, 상기 디바이스는 제 2 베이스 플레이트를 더 포함하는, 디바이스.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 디바이스는 복수의 베이스 플레이트들을 더 포함하는, 디바이스.
  33. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 전극인, 디바이스.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 전극에 평행하게 배치된 상대 전극을 더 포함하는, 디바이스.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.01 ㎛ 와 약 1 mm 사이의 두께를 갖는, 디바이스.
  36. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 디바이스.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 디바이스.
  38. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스.
  39. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스.
  40. 제 34 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 상대 전극은 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0) 를 수신하도록 구성되는, 디바이스.
  41. 제 34 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 상대 전극은 약 1V 와 100 V 사이 또는 약 10V 와 50 V 사이의 전위차 (V0) 를 수신하도록 구성되는, 디바이스.
  42. 제 1 항에 기재된 복수의 상기 디바이스들을 포함하는 시스템.
  43. 제 42 항에 있어서,
    상기 복수의 디바이스들은 약 1 내지 약 108 개의 디바이스들의 범위이며, 상기 디바이스들 각각은 각각의 날카로운 부재를 포함하는, 시스템.
  44. 제 42 항에 있어서,
    상기 복수의 디바이스들은 약 0.1㎛ 내지 10cm 만큼 서로로부터 분리되는, 시스템.
  45. 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    전원을 제공하는 단계;
    상기 디바이스를 제공하는 단계로서, 상기 디바이스는,
    기판 플랫폼,
    복수의 구불구불한 아암들을 갖는 베이스 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 구불구불한 아암들을 통해 상기 기판 플랫폼에 부착된 전극,
    상기 전극 상에 실질적으로 수직으로 배치된 날카로운 부재, 및
    상기 전극에 실질적으로 평행하게 배치된 상대 전극을 포함하는, 상기 디바이스를 제공하는 단계;
    상기 전원을 통해, 상기 디바이스의 상기 전극과 상기 상대 전극을 가로질러 직류 (DC) 를 공급하여 상기 디바이스의 상기 전극과 상기 상대 전극을 가로질러 정전기장을 생성하는 단계를 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 기판 플랫폼은 동일 평면에 있는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 전극은 휴지 위치에서 평면 상에 제공되고, 상기 휴지 위치로부터 이격되어 상기 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  48. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 2개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  49. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 전극으로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 3개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  50. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 상기 전극로부터 외측으로 연장되고 서로로부터 방사상으로 균일하게 이격되어 배치되는 4개의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  51. 제 45 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  52. 제 45 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  53. 제 45 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 최대 약 1000배의 선형 길이를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  54. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 기판 플랫폼은 중심이 같은, 디바이스를 동작시키는 방법.
  55. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  56. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 약 100 nm 와 약 10 cm 사이의 측면 치수를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  57. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 약 5 ㎛ 와 약 500 ㎛ 사이의 측면 치수를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  58. 제 47 항에 있어서,
    상기 전극은 약 0.1 nm 와 약 10 mm 사이의 거리 동안 상기 휴지 위치로부터 이동하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  59. 제 47 항에 있어서,
    상기 전극은 약 1 nm 와 약 1 mm 사이의 거리 동안 상기 휴지 위치로부터 이동하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  60. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 제 1 두께를 갖고 상기 기판 플랫폼은 제 2 두께를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  61. 제 60 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께와 상이한, 디바이스를 동작시키는 방법.
  62. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  63. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  64. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  65. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  66. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  67. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 과 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  68. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 과 약 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  69. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이인, 디바이스를 동작시키는 방법.
  70. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이인, 디바이스를 동작시키는 방법.
  71. 제 45 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 50 nm 와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  72. 제 45 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 2 ㎛ 와 약 50 ㎛ 사이의 길이를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  73. 제 45 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 제 1 날카로운 부재이고, 상기 디바이스는 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 제 2 날카로운 부재를 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  74. 제 45 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 최대 약 10개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  75. 제 45 항에 있어서,
    상기 디바이스는, 최대 약 100개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  76. 제 45 항에 있어서,
    상기 디바이스는,
    최대 약 500,000,000개의 날카로운 부재들까지 상기 베이스 플레이트 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  77. 제 45 항에 있어서,
    상기 전극은 제 1 전극이고, 상기 디바이스는 제 2 전극을 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  78. 제 45 항에 있어서,
    상기 디바이스는 복수의 전극들을 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  79. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.01 ㎛ 와 약 1 mm 사이의 두께를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  80. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  81. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  82. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  83. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  84. 제 45 항에 있어서
    상기 전원을 통해, 상기 전극과 상기 상대 전극에 걸쳐 약 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0) 를 공급하는 단계를 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  85. 제 45 항에 있어서
    상기 전원을 통해, 상기 전극과 상기 상대 전극에 걸쳐 약 1V 와 100 V 사이 또는 약 10V 와 50 V 사이의 전위차 (V0) 를 공급하는 단계를 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  86. 제 45 항에 있어서,
    상기 디바이스는 제 1 디바이스이고,
    상기 방법은,
    복수의 디바이스들; 및
    상기 전원을 통해, 상기 복수의 디바이스들의 각각의 개별 전극 및 각각의 개별 상대 전극에 걸쳐 상기 직류 (DC) 를 공급하여, 상기 복수의 디바이스들의 각각의 개별 전극과 각각의 개별 상대 전극을 가로지르는 복수의 정전기장들을 생성하는 단계를 더 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  87. 제 86 항에 있어서,
    상기 복수의 디바이스들은 약 1 내지 약 108 개의 디바이스들의 범위이며, 상기 디바이스들 각각은 각각의 날카로운 부재를 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  88. 제 86 항에 있어서,
    상기 복수의 디바이스들은 약 0.1㎛ 내지 10cm 만큼 서로로부터 분리되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  89. 컴포넌트로서,
    기판 플랫폼;
    복수의 구불구불한 아암들을 갖는 전극판으로서, 상기 전극판은 상기 복수의 구불구불한 아암들을 통해 상기 기판 플랫폼에 부착되고, 상기 전극판은 휴지 위치에서 평면 상에 제공되는, 상기 전극판을 포함하고,
    상기 전극판과 상기 기판 플랫폼은 동일 평면에 있으며,
    상기 전극판은 상기 휴지 위치로부터 이격되어 상기 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성되는, 컴포넌트.
  90. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 상에 배치된 날카로운 부재를 더 포함하는, 컴포넌트.
  91. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판과 상기 기판 플랫폼은 동심이고, 상기 복수의 구불구불한 아암들은 상기 전극판으로부터 상기 기판 플랫폼으로 연장되는, 컴포넌트.
  92. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들의 적어도 일부는 상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 어느 하나와 동일 평면에 있는, 컴포넌트.
  93. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 서로 방사상으로 균일하게 이격되는, 컴포넌트.
  94. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 약 2개의 아암들 내지 약 10개의 아암들의 범위인, 컴포넌트.
  95. 제 89 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극판과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 2배의 선형 길이를 갖는, 컴포넌트.
  96. 제 89 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극판과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 적어도 약 4배의 선형 길이를 갖는, 컴포넌트.
  97. 제 89 항에 있어서,
    상기 구불구불한 아암들은 상기 전극판과 상기 기판 플랫폼 사이의 분리 거리의 최대 약 1000배의 선형 길이를 갖는, 컴포넌트.
  98. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 약 1 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 거리 동안 상기 평면으로부터 멀리 이동하는, 컴포넌트.
  99. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 약 10 ㎛ 와 약 1 mm 사이의 거리 동안 상기 평면으로부터 멀리 이동하는, 컴포넌트.
  100. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 원형 디스크, 타원형, 정사각형, 직사각형, 오각형 또는 육각형으로 구성된 형상을 갖는, 컴포넌트.
  101. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 약 100 nm 와 약 10 cm 사이의 측면 치수를 갖는, 컴포넌트.
  102. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 약 5 ㎛ 와 약 500 ㎛ 사이의 측면 치수를 갖는, 컴포넌트.
  103. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 제 1 두께를 갖고 상기 기판 플랫폼은 제 2 두께를 갖는, 컴포넌트.
  104. 제 103 항에 있어서,
    상기 제 1 두께는 상기 제 2 두께와 상이한, 컴포넌트.
  105. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.001 ㎛ 와 약 10 mm 사이의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  106. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  107. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 컴포넌트.
  108. 제 89 항에 있어서, 상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 컴포넌트.
  109. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 1011 원자/cm3 과 약 1020 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 컴포넌트.
  110. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-4 Ω-cm 과 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 컴포넌트.
  111. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판 또는 상기 기판 플랫폼 중 적어도 하나는 약 10-3 Ω-cm 과 약 103 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 컴포넌트.
  112. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판과 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 102 Ω 과 약 1012 Ω 사이인, 컴포넌트.
  113. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판과 상기 기판 플랫폼을 가로지르는 전기 임피던스는 약 103 Ω 과 약 108 Ω 사이인, 컴포넌트.
  114. 제 90 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 50 nm 와 약 1 mm 사이의 길이를 갖는, 컴포넌트.
  115. 제 90 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 약 2 ㎛ 와 약 50 ㎛ 사이의 길이를 갖는, 컴포넌트.
  116. 제 90 항에 있어서,
    상기 날카로운 부재는 제 1 날카로운 부재이고, 상기 컴포넌트는 상기 전극판 상에 배치된 제 2 날카로운 부재를 더 포함하는, 컴포넌트.
  117. 제 89 항에 있어서,
    최대 약 10개의 날카로운 부재들까지 상기 전극판 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 컴포넌트.
  118. 제 89 항에 있어서,
    최대 약 100개의 날카로운 부재들까지 상기 전극판 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 컴포넌트.
  119. 제 89 항에 있어서,
    최대 약 500,000,000개의 날카로운 부재들까지 상기 전극판 상에 배치된 복수의 날카로운 부재들을 더 포함하는, 컴포넌트.
  120. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 제 1 전극판이고, 상기 컴포넌트는 제 2 전극판을 더 포함하는, 컴포넌트.
  121. 제 89 항에 있어서,
    복수의 전극판들을 더 포함하는, 컴포넌트.
  122. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판에 실질적으로 평행하게 배치된 상대 전극을 더 포함하는, 컴포넌트.
  123. 제 122 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.01 ㎛ 와 약 1 mm 사이의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  124. 제 122 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 0.1 ㎛ 와 약 10 ㎛ 사이의 두께를 갖는, 컴포넌트.
  125. 제 122 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 나노결정 실리콘, 비정질 실리콘, 또는 수소화된 비정질 실리콘 중 하나를 포함하는, 컴포넌트.
  126. 제 122 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 1010 원자/cm3 과 약 1021 원자/cm3 사이의 도핑 농도를 갖는, 컴포넌트.
  127. 제 122 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 약 10-4 Ω-cm 와 약 104 Ω-cm 사이의 저항률 값을 갖는, 컴포넌트.
  128. 제 122 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 상대 전극은 0.1μV 와 10kV 사이의 전위차 (V0) 를 수신하도록 구성되는, 컴포넌트.
  129. 제 122 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 상대 전극은 1 V 와 100 V 사이의 전위차 (V0) 를 수신하도록 구성되는, 컴포넌트.
  130. 제 122 항에 있어서,
    상기 전극 및 상기 상대 전극은 10 V 와 50 V 사이의 전위차 (V0) 를 수신하도록 구성되는, 컴포넌트.
  131. 제 89 항에 기재된 복수의 컴포넌트들을 포함하는 시스템.
  132. 제 131 항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 약 1 내지 약 108 개의 컴포넌트들의 범위이며, 상기 컴포넌트들 각각은 각각의 날카로운 부재를 포함하는, 시스템.
  133. 제 131 항에 있어서,
    상기 복수의 컴포넌트들은 약 0.1㎛ 내지 10cm 만큼 서로로부터 분리되는, 시스템.
  134. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 상대 전극의 중심에 개구를 갖고 상기 개구는 상기 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 디바이스.
  135. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 상대 전극의 중심에 개구를 갖고 상기 개구는 상기 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  136. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 상기 제 2 전극판의 중심에 개구를 갖고 상기 개구는 상기 전극판 상에 배치된 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 컴포넌트.
  137. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 복수의 개구들을 갖고, 각각의 개구는 상기 베이스 플레이트 상에 그리고 상기 베이스 플레이트에 수직으로 배치된 복수의 날카로운 부재들 중의 날카로운 부재와 정렬되고, 상기 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 디바이스.
  138. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 복수의 개구들을 갖고, 각각의 개구는 상기 베이스 플레이트 상에 그리고 상기 베이스 플레이트에 수직으로 배치된 복수의 날카로운 부재들 중의 날카로운 부재와 정렬되고, 상기 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  139. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 복수의 개구들을 갖고, 각각의 개구는 상기 전극판 상에 그리고 상기 전극판에 수직으로 배치된 복수의 날카로운 부재들 중의 날카로운 부재와 정렬되고, 상기 날카로운 부재의 일부를 수용하도록 구성되는, 컴포넌트.
  140. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 위에 배치되는, 디바이스.
  141. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 위에 배치되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  142. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 상기 전극판 위에 배치되는, 컴포넌트.
  143. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 아래에 배치되는, 디바이스.
  144. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 아래에 배치되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  145. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 상기 전극판 아래에 배치되는, 컴포넌트.
  146. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 아래에 배치되고 제 2 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 위에 배치되는, 디바이스.
  147. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 아래에 배치되고 제 2 상대 전극은 상기 베이스 플레이트 위에 배치되는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  148. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 상기 전극판 아래에 배치되고 제 3 전극판은 상기 전극판 위에 배치되는, 컴포넌트.
  149. 제 34 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 복수의 상대 전극들은 포함하는, 디바이스.
  150. 제 45 항에 있어서,
    상기 상대 전극은 복수의 상대 전극들은 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  151. 제 120 항에 있어서,
    상기 제 2 전극판은 복수의 전극들을 포함하는, 컴포넌트.
  152. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 단일 유형의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  153. 제 45 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 단일 유형의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  154. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 단일 유형의 구불구불한 아암들을 포함하는, 컴포넌트.
  155. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 2 개의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  156. 제 45 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 2 개의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  157. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 2 개의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 컴포넌트.
  158. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 다수의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스.
  159. 제 45 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 다수의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  160. 제 89 항에 있어서,
    상기 복수의 구불구불한 아암들은 다수의 상이한 유형들의 구불구불한 아암들을 포함하는, 컴포넌트.
  161. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 플랫폼, 베이스 플레이트 또는 구불구불한 아암들 중 적어도 하나는 서로 상이한 적어도 2개의 재료 층들을 포함하는, 디바이스.
  162. 제 45 항에 있어서,
    상기 기판 플랫폼, 베이스 플레이트 또는 구불구불한 아암들 중 적어도 하나는 서로 상이한 적어도 2개의 재료 층들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  163. 제 89 항에 있어서,
    상기 기판 플랫폼, 베이스 플레이트 또는 구불구불한 아암들 중 적어도 하나는 서로 상이한 적어도 2개의 재료 층들을 포함하는, 컴포넌트.
  164. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 복수의 홀들을 포함하는, 디바이스.
  165. 제 45 항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트는 복수의 홀들을 포함하는, 디바이스를 동작시키는 방법.
  166. 제 89 항에 있어서,
    상기 전극판은 복수의 홀들을 포함하는, 컴포넌트.
  167. 디바이스로서,
    기판 플랫폼;
    복수의 구불구불한 아암들을 갖는 베이스 플레이트 전극으로서,
    상기 베이스 플레이트 전극은 상기 복수의 구불구불한 아암들을 통해 상기 기판 플랫폼에 부착되고,
    상기 베이스 플레이트 전극은 휴지 위치에서 평면 상에 제공되며,
    상기 베이스 플레이트 전극과 상기 기판 플랫폼은 동일 평면에 있는, 상기 베이스 플레이트 전극; 및
    상기 베이스 플레이트 전극과 평행하고 동일 평면에 있지 않게 배치된 상대 전극을 포함하고,
    상기 베이스 플레이트 전극은 상기 베이스 플레이트 전극과 상기 상대 전극 사이에 전위차가 인가될 때 상기 휴지 위치로부터 이격되어 상기 평면에 수직인 방향으로 이동하도록 구성되는, 디바이스.



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