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進階微機電元件實作

進階微機電元件實作. 題目：膜片鉗制 (Patch clamp). 報告大綱. 膜片鉗制技術的起源 膜片鉗制與微機電技術之關係 製作流程 使用的機台 光罩的設計 實驗結果. 膜片鉗制技術的起源. 1976 年，建立了膜片鉗技術，一種以紀錄離子通道上的離子電流，來反應細胞膜上單一的或是多數的離子通道分子活動的技術 。. 膜片鉗制與微機電技術之關係. 從 2001 年便開始有利用各種微加工方式要來取代傳統玻璃微電極的想法出現，到了 2002 年，製造出第一個以矽為基材的膜片鉗 。.

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進階微機電元件實作

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Presentation Transcript

  1. 進階微機電元件實作 題目：膜片鉗制(Patch clamp)

  2. 報告大綱 • 膜片鉗制技術的起源 • 膜片鉗制與微機電技術之關係 • 製作流程 • 使用的機台 • 光罩的設計 • 實驗結果

  3. 膜片鉗制技術的起源 • 1976年，建立了膜片鉗技術，一種以紀錄離子通道上的離子電流，來反應細胞膜上單一的或是多數的離子通道分子活動的技術 。

  4. 膜片鉗制與微機電技術之關係 • 從2001年便開始有利用各種微加工方式要來取代傳統玻璃微電極的想法出現，到了2002年，製造出第一個以矽為基材的膜片鉗。

  5. 有了以上的相關訊息後，我有找ㄧ篇有關Patch Clamp的論文（Characterization of a Micromachined Planar Patch Clamp for Cellular Electrophysiology）

  6. 製作流程

  7. 使用的機台 • PECVD or LPCVD • Spin Coater • Single-Side Mask Aligner • ICP

  8. 光罩的設計 • 定義背面開孔的大小（0.65mm）正方形為透光的圖形，其餘為不透光（如下-示意圖）

  9. 光罩的設計 • 定義正面開孔的大小（4um）正方形為不透光的圖形，其餘為透光（如下-示意圖）

  10. 利用黃光定義背面的圖形，把不需要的部份利用ICP蝕刻掉，接下來把wafer浸泡在TMAN蝕刻液中大約35 hr，之後取出如下圖所示

  11. 改良方法 • 在此步驟上，我們做了一個改變，由於要蝕刻剩下有Si 30um的厚度，時間並不好掌控，因為蝕刻是非線性的，所以我們改變把Si蝕刻完，剩下Nitride（利用TMAH蝕刻Nitride很慢的特性），再來做接下來的步驟，如下所示。

  12. 利用黃光定義正面的圖形，由於背面有孔洞Spin-coater真空會吸不住，需貼上UV膠， 如下圖所示

  13. 把不需要的部份利用ICP蝕刻掉，定義出要被吃穿的孔洞（直徑大約為4um）Step4，之後如下圖所示把不需要的部份利用ICP蝕刻掉，定義出要被吃穿的孔洞（直徑大約為4um）Step4，之後如下圖所示

  14. 遇到的困難 • 在正面對準時，必須把光罩上的小孔對到濕蝕刻吃剩下的Nitride薄膜，由於此時正面並沒有key可以對準，必須把光罩上的圖形一個個去對準，這個步驟很費時，光是對準就要花2個小時，但是還是沒想到其他比較好的作法。

  15. 利用ICP吃穿正面的孔洞，由於吃孔洞時也會吃掉表面的Si，所以必須先在表面使用E-Beam鍍Al，保護表面不會被ICP吃穿。利用ICP吃穿正面的孔洞，由於吃孔洞時也會吃掉表面的Si，所以必須先在表面使用E-Beam鍍Al，保護表面不會被ICP吃穿。

  16. 利用PECVD縮小正面的孔洞，並藉由PECVD沈積Oxide，讓表面有較厚的沈積物，增強結構。利用PECVD縮小正面的孔洞，並藉由PECVD沈積Oxide，讓表面有較厚的沈積物，增強結構。

  17. 遇到的困難 • 到此步驟算是完成整個實驗的流程，但遇到最大的困難是，如何把它呈現出來，由於國外都是需要有一台專門測量細胞上的電位的儀器，並利用量測到的細胞電位來做分析，再加上還要做微流道，好讓細胞有個可以流過的通道，以及最重要的是目前所有國內外文獻上，此晶片平台都只能用來擷取細胞，並無法用於其他用途，基於以上幾個因素，並跟組員討論後，打算結束這個實驗，並找新的題目來做。

  18. 實驗結果 • 肉眼所看到的晶片平台

  19. 實驗結果 • 顯微鏡下的結果

  20. 實驗結果 • 整個製作流程都有做出來，但由於上述所遇到的困難無法解決，所以之後就跟同學討論一個新的實驗來繼續下去。

  21. Reference • [1] Sha Li , Liwei Lin “A single cell electrophysiological analysis device with embedded electrode ,” Sensors and Actuators A 134 (2007) 20–26. • [2] Brian Matthews, Student Member, IEEE, and Jack W. Judy, Senior Member, IEEE “Design and Fabrication of a Micromachined Planar Patch-Clamp Substrate With Integrated Microfluidics for Single-Cell Measurements JOURNAL OF MICROELECTROMECHANICAL SYSTEMS,” VOL. 15, NO. 1, FEBRUARY 2006. • [3] B. Matthews and J. W. Judy “Characterization of a Micromachined Planar Patch Clamp,”Proceedings of the 1st International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering Capri Island, Italy* March 20-22, 2003

  22. 致謝 • 國家奈米研究實驗室（NDL） • 成大微奈米科技研究中心

  23. Thanks for your attention

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