Exploratory study of CMOS integrated microfluidics mechanism for innovative 3D-LSI cooling system

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本年度では、集積化マイクロ流路冷却機構実現のために、マイクロポンプとして利用する電気浸透流の性能を定量的に評価する手法についての研究を行った。まず、電気浸透流を利用したマイクロポンプを動作させているときに急に流速が観測できなくなる(ポンプとして動作しなくなる)現象についてその原因を電気的に調査し、電気浸透流マイクロポンプの動作が行えている時は流路両端にも電位があり、常に流路内に一定の電界が存在し、液体が動作していることがわかった。一方、マイクロポンプの動作が停止した時は、全ての計測電極で0 V付近を示すようになり、不良動作の原因がマイクロ流路内に正しく電界が印加されていないためだと分かった。また、MEMS技術を応用し半導体プローブのように計測対象のウェハを上に置くことで表面電位(ζ電位)を計測できるようなセンサを開発した。これは、電気浸透流マイクロポンプとマイクロヒーターを含む流量センサをチップ内に集積した構造となっている。マイクロ流路は、SU-8エポキシレジストを用いて作製し、上部は計測するサンプルを置くことで封止して使用する。また、チップサイズは8 mm×8 mmとなっており、従来のζ電位計測器に比べ格段に小さくなっている。流路中心には、流速を計測するための抵抗型センサ・リファレンス用マイクロヒーターが配置されている。また、流路両端には電気浸透流を発生させるための電極が配置されている。流路上部に置かれたサンプルのζ電位に比例した電気浸透流の流速を、流量センサを用いて計測することでζ電位の測定を行う。市販のζ電位計測センサの結果と比較し、作製したセンサの出力が計測したサンプルにおいて、それぞれのζ電位と出力電圧が比例していることが示せた。