包含橫向/縱向電晶體結構的微流體裝置及其製造和使用方法與流程

2023-05-19 14:33:06 3

本發明總體上涉及包括具有光學驅動的電動構造的襯底的微流體裝置，尤其涉及一種光學驅動的介電泳(dep)構造。

背景技術：

微流體裝置可以是用於處理諸如生物細胞等微目標的便利平臺。在微流體裝置中，可以通過在裝置中選擇性地產生局部電動力來選擇和移動微目標。本申請中公開的發明的實施例包括對在微流體裝置中產生電動力的改進。

技術實現要素：

在一些實施例中，一種微流體裝置包括：外殼，具有微流體結構和基體，基體包括公共電導體。微流體結構和基體的外表面一起可以限定外殼內的流動路徑。基體可以包括電晶體結構的陣列，陣列中的每個電晶體結構可以包括橫向雙極型電晶體，橫向雙極型電晶體將基體的外表面的對應區域連接到公共導體。在一些實施例中，微流體裝置可以是系統的一部分，該系統包括控制微流體裝置的操作的控制設備。

在一些實施例中，一種使微流體裝置中的流體介質中的微目標移動的方法可以包括：將偏置電力提供到偏置電極和基體的公共電導體。該方法還可以包括激活基體的外表面的第一區域處的第一電晶體結構，在激活的第一電晶體結構的附近產生足以使附近的微目標在流體路徑中移動的電動力。

因此，在一方面，本發明提供的微流體裝置包括：外殼，具有微流體結構和基體。微流體結構和基體的外表面可以一起限定外殼內的流動路徑。在某些實施例中，基體可以包括公共導體和電晶體結構的陣列，每個電晶體結構包括橫向雙極型電晶體，橫向雙極型電晶體將基體的外表面的對應區域連接到公共導體。陣列中的每個電晶體結構還可以包括縱向雙極型電晶體，縱向雙極型電晶體連接基體的外表面的對應區域。

陣列中的每個電晶體結構可以包括集電極區、基體區和發射極區。在某些實施例中，基體區可以圍繞發射極區，集電極區可以圍繞基體區。陣列中的每個電晶體結構可以與陣列中的其他電晶體結構物理分離。例如，陣列中的每個電晶體結構通過溝槽與陣列中的其他電晶體結構物理分離。

在某些實施例中，發射極區的縱向厚度可以為大約10nm至大約500nm或者大約50nm至大約150nm。在某些實施例中，發射極區包括n型摻雜劑。發射極區的n型摻雜劑可以選自由銻、砷和磷組成的組。

在某些實施例中，基體區的橫向寬度可以在大約10nm與大約400nm之間(例如在大約200nm與大約300nm之間)。在相關的實施例中，基體區的縱向厚度可以等於或大於基體區的橫向寬度。例如，基體區的縱向厚度比基體區的橫向寬度大大約2倍至4倍，或者比基體區的橫向寬度大大約3倍至4倍(例如大大約3.5倍)。基體區可以包括p型摻雜劑，例如硼、鋁、鈹、鋅或鎘。

在某些實施例中，集電極區的橫向寬度可以在大約100nm與大約1000nm之間，或者在大約600nm與大約750nm之間。此外，集電極區的縱向厚度可以等於或大於集電極區的橫向寬度。例如，集電極區的縱向厚度比集電極區的橫向寬度大大約2倍至10倍，或者比集電極區的橫向寬度大大約4倍至8倍(例如大約6倍大)。在某些實施例中，集電極區可以包括n型摻雜劑。n型摻雜劑可以選自由銻、砷和磷組成的群。在某些實施例中，集電極區的電阻率在大約5歐姆·釐米至大約10歐姆·釐米之間。

在某些實施例中，基體區的縱向厚度比可以是發射極區的橫向寬度大大約6倍至12倍。在某些實施例中，集電極區的縱向厚度可以比基體區的縱向厚度大大約3倍至6倍。

在某些實施例中，溝槽的縱向深度比集電極區、基體區和發射極區的組合縱向深度大至少10％。溝槽的縱向深度可以是例如大約2000nm至大約11000nm。溝槽的橫向寬度可以是大約100nm至大約1000nm。在某些實施例中，電絕緣材料可以設置在溝槽中。

在某些實施例中，陣列的電晶體結構的節距是大約1000nm至大約20000nm、或者大約8000nm至大約12000nm、或者大約5000nm至大約10000nm。

在某些實施例中，公共導體可以包括n+半導體襯底，電晶體結構的陣列置於在n+半導體襯底上。n+半導體襯底包括選自由銻、砷和磷組成的組的摻雜劑。在某些實施例中，n+矽襯底的電阻率可以在大約0.025歐姆·釐米至大約0.05歐姆·釐米。

在某些實施例中，介電邊界可以在陣列的相鄰對的半導體結構之間設置在基體的外表面上。邊界與陣列的每個電晶體結構的發射極區的周邊部分疊置，但是具有暴露發射極區的內部部分的開口(窗口)。介電邊界的窗口可以暴露陣列的每個電晶體結構的發射極區的內部部分以直接接觸流動路徑中的流體介質。在某些實施例中，介電邊界的縱向厚度可以是大約750nm至大約2000nm。在某些實施例中，介電邊界與發射極區的外側的周邊部分疊置大約10nm至大約200nm。

在某些實施例中，微流體結構和基體一起限定多個互連的流體結構，流動路徑是流體結構之一。微流體結構和基體一起進一步限定至少一個保持欄。保持欄可以連接到流動路徑。流動路徑可以包括流體通道。

陣列的電晶體結構可以將基體的外表面的不同區域連接到公共導體，基體的外表面的這些區域可以設置成直接接觸流動路徑中的流體介質。在某些實施例中，微流體裝置還可以包括偏置電極。流體路徑可以設置在偏置電極與基體的公共電導體之間。

在某些實施例中，微流體裝置的基體包括第一部分和與第一部分電絕緣的第二部分。電晶體結構的陣列可以是第一陣列的電晶體結構和第二陣列的電晶體結構，第一陣列的電晶體結構可以位於基體的第一部分中，第二陣列的電晶體結構可以位於基體的第二部分中。公共導體可以是第一陣列的電晶體結構(例如，基體的第一部分的電晶體結構)共用的第一公共導體，而不是第二陣列的電晶體結構(例如，基體的第二部分的電晶體結構)所共用。基體可以包括第二部分的電晶體結構共用的第二公共導體，而不是第一部分的電晶體結構共用的第二公共導體。

在另一方面，提供一種微流體設備，其具有第一微流體裝置和第二微流體裝置，每一個以描述的或者本文其他公開的微流體裝置中任意一個的方式而配置。第一微流體裝置的外殼可以與第二微流體裝置的外殼分離並且不同。第一微流體裝置的公共電導體和第二微流體裝置的公共電導體可以電連接。因此，可以存在第一微流體裝置和第二微流體裝置共用的電導體。

在另一方面，提供一種系統，其包括描述的或者本文其他公開的微流體裝置，以及用於控制微流體裝置的操作的控制設備。控制設備可以包括用於控制流動介質在流動路徑中的流量的流量控制器，和/或可以包括光源、空間光調製器和用於將所選擇的光的模式引導到外殼中的光路徑。替代地或另外地，控制設備可以包括用於捕獲外殼內部的圖像的光學裝置。控制設備可以包括用於控制微流體裝置的操作的處理器。

在另一方面，提供一種使微流體裝置中的流體介質中的微目標流動的方法。微流體裝置可以是描述的或者本文其他公開的任意微流體裝置。所述方法可以包括下述步驟：將偏置電力提供到微流體裝置(例如，偏置電極和基體的公共電導體)；以及激活基體的外表面的第一區域處的第一電晶體結構，由此在激活的第一電晶體結構附近產生足以使附近的微目標在微流體裝置的流體路徑中流動的電動力。在某些實施例中，激活第一電晶體結構包括將光束引導至第一電晶體結構的基體區上。光束可以具有大約0.1w/cm2至大約1000w/cm2的強度。

在某些實施例中，提供到微流體裝置的偏置電力的峰值電壓為大約1vppk至大約50vppk。在某些實施例中，偏置電力的頻率為大約100khz至大約10mhz。在某些實施例中，偏置電力具有方波形、正弦波形或三角波形。

在某些實施例中，激活第一電晶體結構可以包括引起第一電晶體結構的橫向雙極電晶體中的第一電流。第一電流可以在激活的第一電晶體結構與偏置電極之間的流動路徑中引起不均勻電場，不均勻電場可以產生電動力。電動力可以排斥附近的微目標遠離不均勻電場。因此，電動力使附近的微目標遠離與激活的第一電晶體結構對應的基體的外表面的第一區域而移動。

在某些實施例中，激活第一半導體結構可以包括在激活的第一電晶體結構的縱向電晶體中引起第二電流流動。第二電流流動可以增強電動力。例如，第二電流流動可以將電動力的幅值增大至少25％。在某些實施例中，橫向電晶體中的第一電流流動的電流密度可以比激活的第一電晶體結構的縱向電晶體中的第二電流流動的電流密度大至少1.5倍。

在某些實施例中，微目標可以是諸如聚苯乙烯珠或玻璃珠的珠。珠的直徑可以為大約1μm至大約50μm。在某些實施例中，微目標可以是生物細胞。細胞可以選自由sp2、hela、胚胎、精子、卵母細胞和jurkat細胞組成的組。

在某些實施例中，微流體裝置的流動路徑中的流體介質選自由pbs、rpmi或dmem組成的組。微流體裝置的流動路徑中的流體介質可以具有大約10ms/m至大約2s/m的電導率。

在某些實施例中，所述方法包括保持流動路徑中的流體介質的溫度。所述溫度可以保持在大約5℃至大約55℃的溫度。

附圖說明

圖1示出根據本發明的一些實施例的微流體裝置的示例，該微流體裝置配置成在該裝置內部選擇性產生局部的電動力。

圖2示出根據本發明的一些實施例的圖1的裝置的基體的示例配置的透視局部剖視圖。

圖3a是圖2的基體的側視剖視圖。

圖3b是圖3a的俯視圖。

圖3c是圖3b的沒有邊界結構的俯視圖。

圖4是標記了各種尺寸的圖3a的側視剖視圖。

圖5是根據本發明的一些實施例的多個流體裝置的側視剖視圖，所述多個流體裝置共用同一公共電導體。

圖6是根據本發明的一些實施例的流體裝置的側視剖視圖，所述多個流體裝置包括為該裝置的不同部分共用的多個電導體。

圖7是根據本發明的一些實施例的流體裝置的側視剖視圖，該流體裝置包括圖2的基體，並且示出了在該裝置中選擇性地移動微目標的示例。

圖8是圖7中示出的移動微目標的方法的示例。

圖9是根據本發明的一些實施例的製造圖2的基體的方法的示例。

圖10、圖11、圖12a、圖12b、圖13a、圖13b和圖14至16示出根據本發明的一些實施例的通過圖9的方法形成的中間結構。

具體實施方式

本說明書描述了本發明的示例性實施例和應用。然而，本發明不限於這些示例性實施例和應用，也不限於在本文中描述的方式或者示例性實施例和應用運行的方式。而且，附圖可示出簡化或局部視圖，並且附圖中的元件尺寸可以被誇大或者可以不按比例。此外，當在本文中使用「在…上」、「附接到」、「聯接到」、「耦接到」或類似的詞語時，一個元件(例如，材料、層、襯底等)可以「在另一個元件上」、「附接到另一個元件」、「聯接到另一個元件」、或「耦接到另一個元件」，而不管該一個元件直接在另一個元件上、附接、聯接或耦接到該另一個元件，還是有一個或更多個中間元件在該一個元件和該另一個元件之間。此外，如果提供的話，方向(例如，在上面、在下面、頂部、底部、側面、上、下、在…下方、在…上方、上部、下部、水平、垂直、「x」、「y」、「z」等)是相對的並且僅作為示例提供，以便於說明和討論並且不作為限制。此外，在對一系列元件(例如元件a、b、c)進行描述的情況下，這些描述旨在包括所列出的元件自身的任何一個、少於全部所列出的元件的任何組合和/或全部所列出的元件的組合。

如本文所使用的，「基本上」、「一般」或「大約」是指足以達到預期目的。術語「基本上」、「一般」或「大約」因此允許對絕對或完美狀態、尺寸、測量、結果等進行諸如本領域普通技術人員可以預期，但對總體性能沒有顯著影響的等小的、不重要的變型。當針對數值或者可以被表示為數值的參數或特徵使用時，「基本上」或「一般」是指在百分之十內。術語「多個」是指多於一個。在術語「設置」之內涵蓋「位於」的含義。

如本文所使用的，關於數值、尺寸或參數，下面的縮寫這樣定義：「nm」表示納米；「μm」表示微米；「w/cm」表示瓦特每釐米；「w/cm2」表示瓦特每平方釐米；「khz」表示千赫茲；「mhz」表示兆赫茲；「vppk」表示峰值電壓；以及「ms/m」表示豪西門子每米。符號「/」表示數學相除。

如本文所使用的，「微流體裝置」或「微流體設備」是這樣的裝置，其包括配置成保持流體的一個或多個分離的微流體迴路，每個微流體迴路包括流體互連的迴路元件，迴路元件包括但不限於一個或多個區域、流動路徑、通道、和/或欄。某些微流體裝置(例如，包括蓋的那些)將進一步包括至少兩個埠，所述埠配置為允許流體(可選地，存在於流體中的微目標或液滴)流入和/或流出微流體裝置。微流體裝置的一些微流體迴路將包括至少一個微流體通道和/或至少一個腔室。一些微流體迴路將保持的流體體積小於約1ml，例如小於約750μl、500μl、250μl、200μl、150μl、100μl、75μl、50μl、25μl、20μl、15μl、10μl、9μl、8μl、7μl、6μl、5μl、4μl、3μl或2μl。在某些實施例中，微流體迴路保持約1μl-2μl、1μl-3μl、1μl-4μl、1μl-5μl、2μl-5μl、2μl-8μl、2μl-10μl、2μl-12μl、2μl-15μl、2μl-20μl、5μl-20μl、5μl-30μl、5μl-40μl、5μl-50μl、10μl-50μl、10μl-75μl、10μl-100μl、20μl-100μl、20μl-150μl、20μl-200μl、50μl-200μl、50μl-250μl或50μl-300μl的流體。

如本文所使用的，「納米流體裝置」或「納米流體設備」是具有微流體迴路的一種微流體裝置，微流體迴路包括至少一個迴路元件，該迴路元件配置成保持體積小於約1μl的流體，例如小於約750nl、500nl、250nl、200nl、150nl、100nl、75nl、50nl、25nl、20nl、15nl、10nl、9nl、8nl、7nl、6nl、5nl、4nl、3nl、2nl、1nl或更少。通常，納米流體裝置將包括多個迴路元件(例如至少2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、15個、20個、25個、50個、75個、100個、150個、200個、250個、300個、400個、500個、600個、700個、800個、900個、1000個、1500個、2000個、2500個、3000個、3500個、4000個、4500個、5000個、6000個、7000個、8000個、9000個、10,000個或更多個)。在某些實施例中，至少一個迴路元件中的一個或多個(例如，全部)配置成保持大約100pl至1nl、100pl至2nl、100pl至5nl、250pl至2nl、250pl至5nl、250pl至10nl、500pl至5nl、500pl至10nl、500pl至15nl、750pl至10nl、750pl至15nl、750pl至20nl、1nl至10nl、1nl至15nl、1nl至20nl、1nl至25nl、或者1nl至50nl的流體體積。在其他實施例中，至少一個迴路元件中的一個或多個(例如全部)配置成保持大約100nl至200nl、100nl至300nl、100nl至400nl、100nl至500nl、200nl至300nl、200nl至400nl、200nl至500nl、200nl至600nl、200nl至700nl、250nl至400nl、250nl至500nl、250nl至600nl、或者250nl至750nl的流體體積。

本文所用的「微流體通道」或「流動通道」是指長度明顯長於水平尺寸(和垂直尺寸，如果微流體裝置包括蓋)的微流體裝置的流動區域。例如，流動通道可以是水平(或垂直)尺寸的長度的至少5倍，例如長度的至少10倍，長度的至少25倍，長度的至少100倍，長度的至少200倍，長度的至少500倍，長度的至少1000倍，長度的至少5000倍或更長。在一些實施例中，流動通道的長度在約100,000微米至約500,000微米的範圍內，包括其間的任何範圍。在一些實施例中，水平尺寸在約100微米至約1000微米的範圍內(例如約150微米至約500微米)，並且如果存在垂直尺寸，垂直尺寸在約25微米至約200微米的範圍內，例如約40微米至約150微米。應當注意，流動通道在微流體裝置中可以具有各種不同的空間構造，因此不限於完美的線性元件。例如，流動通道可以是或包括具有以下構造的一個或多個部分：曲線、彎曲、螺旋、傾斜、下降、叉(例如多個不同的流動路徑)以及其任何組合。此外，流動通道沿其路徑可以具有不同的橫截面積，擴大和收縮以在其中提供所需的流體流動。

在一些實施例中，微流體裝置可以包括具有外部表面的基體，該基體是用於容納流體介質的一個或多個外殼的一部分。該基體可以包括可獨立控制的電晶體結構的陣列，每個電晶體結構可以包括橫向電晶體和縱向電晶體，它們都可以是光電電晶體。每個電晶體結構可以被激活以創建從基體外表面的區域(以及由此在外殼中的流體介質)到公共電導體的臨時電氣連接。該臨時電氣連接可以引起基本上在該區域的局部電動力，其可以足夠強以使附近的微目標在外殼中移動。

圖1示出微流體系統的示例，該微流體系統包括微流體裝置100和控制和監測系統170。微流體裝置100可以包括一個或多個外殼102，其可以包括一個或多個微流體迴路元件104(例如微流體通道142和微流體腔室144)。外殼102和微流體迴路元件104可以被配置為容納一種或多種流體介質(未示出)。例如，介質(未示出)可以設置在外殼102的內表面112上。微流體迴路元件104可以互連以形成到一個或多個微流體迴路。如圖所示，外殼102的內表面112可以包括配置成引起足夠強的選擇性局部電動力以移動外殼102中的微目標(未示出)的電動元件。電動力的示例是介電泳(dep)力。

儘管外殼102可以以各種方式配置，但外殼102在圖1中示出為包括電動配置的基體110(以下稱為「ek配置基體」)、微流體結構140和蓋板150。基體110、微流體結構140和蓋板150可以彼此附接。例如，微流體結構140可以設置在基體110上，蓋板150可以設置在微流體結構140上。基體110、微流體結構140和蓋板150可以限定外殼102，從而限定微流體迴路元件104。一個或多個埠152可以提供從外殼102的入口和/或出口。可以有一個以上的埠152，每個埠可以是入口、出口或入口/出口。可選地，可以有一個埠152，其可以是入口/出口。例如，一個或多個埠152可以包括通路通道、閥門等。

ek配置基體110可以包括襯底或可以互連的多個襯底。例如，ek配置基體110可以包括一個或多個半導體襯底。ek配置基體110還可以包括印刷電路板組件(「pcba」)。例如，一個或多個襯底可以安裝在pcba上。如上所述，微流體結構140可以設置在基體110上。外殼102的內表面112可以包括基體110的外表面，於是該外表面可以提供外殼102的一些壁(例如地板壁)和微流體迴路元件104。表面112可以包括電動元件114，其可以被單獨控制以選擇性地引起外殼102中的微目標(未示出)上的局部電動力。可以看到，每個電動元件114可以包括電晶體結構，其包括橫向電晶體和縱向電晶體，兩者都可以是光電電晶體。微流體裝置100可以包括偏置電極160、162，偏置電源164可以與偏置電極連接為電動元件114供電。如圖所示，外殼102可以直接設置在偏置電極160、162之間。偏置電極160、162可以各自包括一個或多個電導體(例如導電板、跡線等)。偏置電極160、162的電導體/導電板可以單獨尋址。可單獨尋址的電導體/導電板可以電連接到ek配置基體110的不同區域，從而提供具有分立的ek配置區域的ek配置基體110。例如，對於包含多個襯底的ek配置基體110，每個襯底可以電連接到偏置電極162的單個可單獨尋址導電板。可單獨尋址的電導體/導電板可以經由對應的電晶體開關連接到一個或多個ac電壓源。

微流體結構140可以包括空腔等，其提供外殼102的一些壁以及由此提供微流體迴路元件104的壁。微流體結構140可以提供微流體迴路元件104的側壁。微流體結構140可以包括柔性和/或彈性材料，例如橡膠、塑料、彈性體、矽樹脂(例如可光刻的矽樹脂或「pps」)、聚二甲基矽氧烷(「pdms」)等，任何一種都是可以透氣的。可以組成微流體結構140的材料的其他示例包括諸如模製玻璃、可蝕刻的材料如矽、光致抗蝕劑(例如su8)等的剛性材料。上述材料可以是基本上不可透氣的。在圖1中示出的微流體迴路元件104的示例包括微流體通道142(流動路徑的示例)，微流體腔室144(例如保持欄)流體連接到微流體通道142。微流體迴路元件104的其他示例包括微流體儲存器(未示出)、微流體井(未示出)等。

蓋板150可以設置在微流體結構140上並且可以提供外殼102的一些壁(例如頂壁)以及由此提供微流體迴路元件的壁。在一些實施例中，蓋板150可以包括基本剛性的材料。一個或多個埠152可以提供穿過偏置電極162和蓋板150進入外殼102的通道。因此，可以將流體介質(未示出)通過埠152輸入到外殼102或從外殼102提取。儘管在圖1中，蓋板150設置在微流體結構140上面，上述方位可以是不同的。例如，基體110可以設置在微流體結構140上面，微流體結構140可以在蓋板150上面。

圖1還示出了用於控制和監測微流體裝置100的控制和監測系統170的示例。如圖所示，系統170可以包括控制器172和控制/監測設備178。儘管在圖1中分離地示出，但是可控光投射系統180可以被認為是控制/監測設備178的一部分。控制器172可以被配置為直接控制和監測裝置100和/或通過控制/監控設備178來控制和監測裝置100。

控制器172可以包括數字處理器174和數字存儲器176。處理器174可以是例如數字處理器、計算機等，數字存儲器176可以是用於存儲數據和機器可執行指令(例如軟體、硬體、代碼等)作為非暫態數據或信號的數字存儲器。處理器174可以配置為根據在存儲器176中存儲的這樣的機器可執行指令進行操作。替代地或另外地，處理器174可以包括硬連線數字電路和/或模擬電路。因此，控制器172可以被配置為執行這裡所討論的任何方法(例如，圖8的方法800)、這種方法的步驟、功能、動作等。控制器172或控制器172的任何部分有時在本文中被稱為「電路」或「多個電路」，而不管處理器174是否被配置為根據存儲在存儲器176中的機器可執行指令進行操作，和/或包括硬連線數字邏輯電路和/或模擬電路。

可控光投射系統180可以包括光源(例如，諸如高壓汞燈的汞燈、氙弧燈等)、空間光調製器(例如數字鏡器件(dmd)、微快門陣列系統(msa)、透射式液晶顯示器(lcd)、矽基液晶(lcos)器件、矽基鐵電液晶(flcos)、掃描雷射器等)和將選擇的光模式引導到外殼102中的光路(例如，光學列)。例如，控制器172可以使光投射系統180將光的變化模式投射進入到外殼102中。

除了包括可控光投影系統180之外，控制/監測設備178可以包括多種不同類型的設備中的任何一種，這些設備用於控制或監測微流體裝置100和用微流體裝置100執行的方法。例如，設備178可以包括向微流體裝置100供電的電源(未示出)、為微流體裝置100提供流體介質或從微流體裝置100接收流體介質的流體介質源(未示出)、用於控制外殼102中介質的流量的流量控制器(未示出)、諸如用於捕獲外殼102內部的圖像(例如微目標的圖像)的光學裝置(未示出)等的圖像捕獲機構(未示出)、用於將能量引導到外殼101中以激勵反應的激勵機構(未示出)等。

外殼102的全部或部分可以設置在電極160、電極162之間。例如，如圖所示，偏置電極160可以設置在蓋板150上，並且偏置電極162可以設置在基體110上。偏置電源164的示例包括交流(ac)電源。圖2-圖4示出了圖1的ek配置基體110的示例構造200，其中電動元件114被具體實現為電晶體結構206，每個電晶體結構206包括橫向電晶體252和縱向電晶體254。因此，ek配置基體200可以代替圖1中的基體110和/或本文中的任何討論的基體。圖2中的基體200的外表面214相當於圖1中的外殼102的內表面112。外殼102中的流體介質(未示出)可以直接在基體200的外表面214上，並且因此直接與外表面214的特徵(諸如與通過邊界210中的開口208暴露的表面214的邊界210和區域202)等接觸。在圖2中，ek配置基體200被示為設置在偏置電極162上。

如圖所示，ek配置基體200可以包括電晶體結構206的陣列，每個電晶體結構可以被激活以選擇性地將基體200的外表面214的單獨區域202連接到公共導體(例如支撐襯底204和/或偏置電極162)。可以看出，這可以基本上在該區域202之上暫時產生設置在外殼102中的外表面上的流體介質(未示出)中的局部電動力。設置在外殼102中的這樣的介質(未示出)可以與區域202直接接觸。儘管在圖2中示出了電晶體結構206的陣列是行和列的規則模式，但電晶體結構206可以以包括不規則模式的其他模式設置。因此，電晶體結構206的陣列可以是規則或不規則的陣列。

電晶體結構206可以設置(例如擱置)在支撐層204上。介電邊界層210和電絕緣阻擋件212可物理上將電晶體結構206分離。邊界層210可以設置在外表面214上，因此被認為是外表面214的一部分。邊界層210可以提供相鄰電晶體之間的外部介電邊界，而且可以為電晶體結構206單獨地提供開口208。阻擋件212可以從邊界層210延伸到支撐層204中，並物理地將基體200內的相鄰電晶體結構206分離。如圖所示，可以將開口208的尺寸設成使得邊界層210與電晶體結構206的發射極區240的外側面246的外周邊疊置。在下文中，與發射極區240的周邊部分疊置的邊界層210的部分稱為疊置部分並在圖3a中標記為256。邊界層210可以包括電介質材料，其示例包括氧化矽。阻擋件212可以包括電絕緣材料。

如最好地在圖3a-圖3c中看到的，每個電晶體結構206可以包括發射極區240、基體區域230和集電極區220。如圖所示，發射極區240可以設置在基體區230中，基體區230可以設置在集電極區220中。阻擋件212可以從邊界結構210充分延伸到基體200中以物理地將一個電晶體結構206的發射極區240、基體區230和集電極區220與相鄰的電晶體結構206的發射極區240、基體區230和集電極區220分離。

如圖所示，發射極區240可以包括外側面246、內側面244和縱向側面242，外側面包括外表面214的一部分，內側面244與外側面246相對。基體200的外表面214的區域202可以是通過邊界210中的開口208暴露的發射極區240的外側面246的內部部分。

基體區230和集電極區220可以包括橫向部分232、222和縱向部分234、224。如圖3a所示，基體區230的橫向部分232可以設置在發射極區240的橫向側面242和集電極區220的橫向部分222之間。集電極區220的橫向部分222可以設置在基體區230的橫向部分232和縱向部分234與阻擋件212之間，阻擋件212將電晶體結構206與相鄰的電晶體結構206分離。

基體區230的縱向部分234可以設置在發射極區240的內側面244與集電極區220的縱向部分224之間。類似地，集電極區220的縱向部分224可以設置在基體區230的縱向部分234與支撐層204之間。

每個電晶體結構206可以包括多個電晶體。例如，電晶體結構206可以包括橫向電晶體252(例如雙極結型電晶體)，該橫向電晶體252包括發射極區240、基體區230的橫向部分232和集電極區220的橫向部分222。當激活時，前述的橫向電晶體252可以提供從發射極區240的外側面246(由此是基體200的外表面214的區域202)到支撐層204和偏置電極162的橫向傳導路徑270如下：橫向傳導路徑270可以是從發射極區240的外側面242通過發射極區240的橫向側面242進入到基體區230的橫向部分232，並且通過基體區230的橫向部分232進入到集電極區220的橫向部分222，通過集電極區220的橫向部分222再進入到集電極區220的縱向部分224，通過集電極區220的縱向部分224進入到支撐層204，通過支撐層204進入到偏置電極162。

電晶體結構206還可以包括縱向結型電晶體254(例如另一種雙極結型電晶體)，該縱向結型電晶體254可以包括發射極區240、基體區230的縱向部分234和集電極區220的縱向部分224。當激活時，前述的縱向電晶體254可以提供從基體200的外表面214的區域202(包括發射極區240的外側面246)到支撐層204和偏置電極162的縱向傳導路徑272如下：縱向傳導路徑270可以從發射極區240的外側面246通過發射極區的內側面244進入到基體區230的縱向部分234，並且通過基體區230的縱向部分234進入到集電極區220的縱向部分224，通過集電極區220的縱向部分224進入到支撐層204，然後通過支撐層204進入到偏置電極162。因此，當激活時，電晶體結構206可以提供通過橫向電晶體252的橫向傳導路徑270和通過縱向電晶體254的橫向傳導路徑274，從基體200的外表面214的區域202(包括發射極區240的外側面246)到支撐層204和偏置電極162。可以看到的是，支撐層204和偏置電極162可以是導電的，並且兩者之一或兩者都是公共導體的示例。

基體200可以包括半導體襯底。例如，基體200可以包括矽襯底、砷化鎵襯底等。支撐層204、集電極區220、基體區230和發射極區240可以包括半導體襯底的摻雜區域。例如，支撐層204、集電極區220和發射極區240可以摻雜有第一類型的摻雜劑，並且基體區230可以摻雜有相反類型的摻雜劑。因此，例如，支撐層204、集電極區220和發射極區240可以摻雜有n型摻雜劑，基體區230可以摻雜有p型摻雜劑。作為另一示例，支撐層204、集電極區220和發射極區24可以摻雜有p型摻雜劑，基體區230可以摻雜有n型摻雜劑。

摻雜相同類型摻雜劑的區域可以摻雜不同濃度的摻雜劑。例如，支撐層204、集電極區220和/或發射極區240中的一個或多個可以被摻雜為所稱的n+區域，這些區域中的其它一個或多個區域被摻雜為n區域，其中+表示n型摻雜劑的濃度更大。類似地，如果支撐層204、集電極區220和發射極區240是p型摻雜的，這些區域中的一個或多個可以被摻雜為p+區域。此外，本領域技術人員將會理解，n+和n-摻雜區域可以包括p型摻雜劑，倘若n型摻雜劑比p型摻雜劑的量大得多，並且支配該區域的整體電特性。類似地，p+和p-摻雜區域可以包括n型摻雜劑，倘若p型摻雜劑比n型摻雜劑的量大得多，並且支配該區域的整體電特性。n摻雜劑可以是負載流子(例如電子)的任何來源。合適的n或n+摻雜劑的示例包括磷、砷、銻等。p摻雜劑可以是負載流子(例如空穴)的任何來源。合適的p或p+摻雜劑的示例包括硼、鋁、鈹、鋅、鎘、銦等。

支撐層204可以是重摻雜的，例如是n+區域，其電阻率在約0.025歐姆·釐米至約0.050歐姆·釐米之間。集電極區220和/或發射極區240可以是輕摻雜的，例如是n區域，其電阻率在約5歐姆·釐米至約10歐姆·釐米之間。可選地，發射極區240可以是重摻雜的。例如，發射極區240的摻雜密度可以在大約1018cm-3至大約1021cm-3的範圍中。基體區230的摻雜密度可以在大約1016cm-3至大約1018cm-3的範圍中。提供的前述數值和範圍僅是示例性的，而不是限制性的。

圖4確定基體200的某些尺寸。示出的尺寸的合適大小的示例包括以下。邊界210的厚度402可以在大約750nm與大約2000nm之間，或者大約750nm與850nm之間。在發射極區240的周邊之上的邊界210的疊置部分256的長度404可以在大約10nm與大約200nm之間。集電極區220的橫向部分222的寬度406可以是如下：在大約100nm與大約1000nm之間，或者在大約600nm與大約750nm之間。基體區230的橫向部分232的寬度410可以在大約10nm與大約400nm之間，或者在大約200nm與大約300nm之間。發射極區240的厚度434可以是如下：在大約10nm與大約500nm之間，或者在大約50nm與大約150nm之間。基體區230的縱向部分234的厚度430相對於橫向部分232的寬度410可以是如下任意一種：大於或等於、大2倍至4倍、大3倍至4倍或大3.5倍。集電極區220的縱向部分224的厚度426相對於橫向部分222的寬度406可以是如下任意一種：大於或等於、大2倍至10倍、大4倍至8倍或大6倍。基體區230的縱向部分234的厚度434可以比發射極區240的厚度434大6倍至12倍。集電極區220的縱向部分224的厚度426可以比基體區230的縱向部分234的厚度430大3倍至6倍。提供的前述數值和範圍僅是示例性的，而不是限制性的。

從邊界210進入到基體200的阻擋件212的縱向長度414可以是如下：在大約2000nm與11000nm之間，或者比發射極區240、基體區230的縱向部分234和集電極區220的縱向部分224的組合厚度434、430和426大至少10％。阻擋件212的節距(例如，相鄰阻擋件212的縱向中心軸之間的距離)(也就是電晶體結構206的節距)可以是如下：在大約1000nm與大約20000nm之間，在大約8000nm與大約12000nm之間，或者在大約5000nm與大約10000nm之間。阻擋件212的寬度422可以在大約100nm與大約1000nm之間。提供的前述數值和範圍僅是示例性的，而不是限制性的。

在圖2至圖4中示出的ek配置基體200是示例性的並且可以考慮變化。例如，在一個或多個電晶體結構206中，區域240可以是集電極區域，區域220可以是發射極區域。作為另一示例，橫向電晶體252和/或縱向電晶體254中的一個或兩個可以是結型電晶體之外的其他類型的晶體。橫向電晶體252和/或縱向電晶體254中的一個或兩個可以是場效應電晶體。圖5和圖6示出其他變化的示例。

圖5示出了多個微流體裝置502、504(示出了兩個但是可以有更多)，其中的每一個可以類似於圖1的裝置100，用圖2至圖4的基體200代替基體110。如圖所示，微流體裝置502、504可以是不同的並且互相分離，但是共用同一公共電連接器512，另外，公共電連接器512可以類似於圖1的偏置電極162。

圖6描繪了微流體裝置600，該微流體裝置600包括基體602，基體602包括互相電絕緣的多個部分604、606。基體602的第一部分604可以類似圖2至圖4中的基體200，包括被阻擋件212分離的電晶體結構206的陣列。第二部分606也可以類似基體200，包括被另一阻擋件212分離的其它電晶體結構206的陣列。儘管部分604、606是基體602的一部分，但是部分604、606可以例如通過電絕緣分離件608互相電絕緣。如圖所示，第一部分604包括連接到第一部分604的電晶體結構206因此被第一部分604的電晶體結構206共用的第一公共電導體612，但是第一公共電導體612沒有連接到第二部分606的電晶體結構206因此不被第二部分606的電晶體結構206共用。類似地，第二部分606包括連接到第二部分606的電晶體結構206因此被第二部分606的電晶體結構206共用的第二公共電導體614，但是第二公共電導體614沒有連接到第一部分604的電晶體結構206因此不被第一部分604的電晶體結構206共用。

圖7示出圖1的裝置100的局部剖視側視圖，其中圖2至圖4的ek配置基體200代替基體110。示出的微目標702設置在通道142中的流體介質742中。如圖所示，電晶體結構206b中的一個可以被激活，使其橫向電晶體252和縱向電晶體254導通。這會導致沿著橫向電流路徑270(如圖3所示)的橫向電流724和沿著縱向電流路徑272(也在圖3a中示出)的縱向電流722。這可以引起偏置電極160與激活的電晶體結構206b的發射極區240的外側面246之間的局部不均勻電場714。不均勻電場714可以通常在基體200的表面214的區域202上方的外殼中對應於激活的電晶體結構206b的外側面246產生局部電動力706(例如dep力)。

橫向電流724和縱向電流722的組合可以增強電動力706的強度超過僅有電流722、724中的一個所產生的力。認為橫向電流724可以將電動力706增加至少5％、至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％或更多，超過僅由縱向電流產生的電動力。在一些實施例中，橫向電流724可以至少比縱向電流722大至少1.5倍。

不均勻電場714所產生的力706可以是排斥力(如圖7所示)，它可以足夠強，以將附近的一個微目標702從激活的電晶體結構206b推離，例如推到未被激活的電晶體結構206b。可選地，雖然在圖7中未示出，但是由不均勻電場714產生的力706可以是將微目標702拉到不均勻電場714的吸引力。力706是排斥力或吸引力取決於很多參數，包括介質742的電導率、偏置電力(例如由偏置電源164(參見圖1)提供的)的頻率等。

電晶體結構206可以配置為以許多方式中的任何方式被激活。例如，電晶體結構206可以通過激活其基極區域230而被激活，這可導致上述的電流722、724。在一些實施例中，電晶體結構206可以是光電電晶體結構，其配置為通過被引導到基極區域230上的光束而被激活。例如，如圖7所示，電晶體結構206b可以通過將光束712引導到其基體區域230的橫向部分232上而被激活。替代地或另外地，電晶體結構206b可以通過將光束(未示出)引導到其基體區域230的縱向部分232上而被激活。偏置電極160和蓋板150可以基本上對光透明或處於為光束(例如712)提供路徑的位置。邊界201的厚度可以足夠薄以允許光束712穿透到基體區230的橫向部分232，和/或發射極區240的厚度可以足夠薄以允許光束穿透到基體區230的縱向部分234。以上提供了邊界210和發射極區240的合適厚度的示例。

還如圖7所示，在沒有光束的情況下，電晶體結構206a未被激活。因此，在電晶體結構206的陣列中電晶體結構206可以單獨通過將單獨的光束712引導到電晶體結構206的基體區230上被激活，通過移除光束712而被去激活。如上所述，控制器172可以控制和改變由可控光投影系統180引導至外殼102中的光的模式，由此控制和改變類似圖7中的電晶體結構206而配置的ek元件114的相應激活和模式。

可選地，一個或多個電晶體結構206可以配置成以光之外的其他方式被激活。例如，可以將各個電引線(未示出)提供到一個或多個電晶體結構206的基體區230，一個或多個電晶體結構206可以通過將激活信號通過引線施加到基體區230而被激活，通過去除激活信號而被去激活。

圖8是將微目標(類似702)從一個電晶體結構206移動到另一個電晶體結構206的方法800的示例。在步驟802中，電晶體結構被激活。例如，如圖7所示，電晶體結構206b可以如上所述被激活(例如採用光束712)。在步驟804中，激活的電晶體結構(例如圖7中的206b)引起橫向電流和縱向電流(例如圖7中的722、724)，它們基本上在激活的電晶體結構上方產生局部不均勻電場(例如714)。在步驟806中，不均勻電場可以引起對附近的微目標的電動力(例如圖7中的706)，足以將微目標移動到所述力，或遠離所述力，同樣如上所述。例如，如圖7所示，力706可以是將微目標702從激活的電晶體結構206b推到相鄰的未激活的電晶體結構206a的排斥力。

如上所述，圖1中的電動元件114可以分別被配置為電晶體結構206。可以通過重複步驟802至步驟806將微目標(例如類似圖7中的702)從電動元件114移動到電動元件114，以按需求以移動外殼102中的微目標702的模式選擇性地激活和去激活電動元件114中的多個。儘管未示出，電動元件114的模式可以同時被激發以在所需的方向推動微目標。

微目標702可以是任何類型的無生命微目標或生物微目標。例如，微目標702可以是微珠(例如直徑在大約1μm與50μm之間的聚苯乙烯珠或玻璃珠)、微柱等。生物微目標的示例包括細胞，諸如sp2、hela細胞或jurkat細胞等，以及胚胎、精子、卵母細胞等。

在一些實施例中，流體介質742可以具有大約10ms/m與大約2s/m之間的電導率。流體介質的示例包括鹽溶液(例如pbs等)和細胞培養介質(例如rpmidmem等)。方法900可以包括將介質742保持在約5℃與約55℃之間的溫度。

可以由偏置電源164提供到偏置電極160、162的偏置電力的示例包括以下。峰值電壓在大約1vppk與大約50vppk之間的和/或頻率在大約100khz與大約10mhz之間的交流(ac)偏置電力。偏置電力可以是方波形、正弦波形或三角波形。光束712可以具有大約0.1w/cm2與大約1000w/cm2之間的強度。

圖9的方法900示出了製造圖2至圖4中示出的ek配置基體200的示例。圖10至圖16示出在方法900中生產的中間結構的示例。

在步驟902中，方法900可以獲得包括摻雜支撐層的半導體襯底。圖10示出包括摻雜支撐層1002的半導體襯底1000的示例。襯底1000的外表面在圖10至圖16中以1006標記。半導體襯底1000可以包括上述確認的用於基體200的任意半導體材料。可以看到的是，摻雜支撐層1002可以基體200中支撐層204的基礎，並且可以因此摻雜任意材料，並且根據上述確認的用於支撐層204的任意參數摻雜。可選地，可以在步驟902獲得襯底1000而無需摻雜支撐層1002，可以在執行方法900的方法期間或者在執行方法900之後形成摻雜支撐層1002。

在步驟904中，方法900可以形成襯底中的集電極摻雜層，該集電極摻雜層可以摻雜有與摻雜支撐層相同類型的摻雜劑。圖11示出在襯底1000中形成緊鄰摻雜支撐層1002的集電極摻雜層1102。集電極摻雜層1102可以摻雜有任意的材料，並且根據以上確認的用於集電極區220的任意參數摻雜。

在步驟906中，方法900可以在步驟902中獲得的襯底中形成電絕緣阻擋件212(參見圖2至圖4)。如圖12a和12b所示，溝槽1202可以形成在襯底1000中，從外表面1006穿過集電摻雜區1102進入到摻雜支撐層1002。襯底1000被溝槽1202包圍(例如圍繞)的部分限定出要形成電晶體結構206(參見圖2至圖4)的電晶體結構位置1206。由此，可以在襯底1000中的需要電晶體206的位置周圍形成溝槽1202。還如圖12a和圖12b所示，溝槽1202可以填充有電絕緣材料1204。

在步驟908中，方法900可以在襯底上形成掩模，掩模在電晶體結構位置處具有開口。圖13a和圖13b示出在襯底1000的表面1006上形成具有開口1304的掩模1302。如圖所示，掩模1302可以具有厚度1312，每個開口1304可以小於其對應的電晶體結構位置1206，使得掩模1302與溝槽1202疊置，並且從溝槽1202向電晶體結構位置1206中延伸距離1306。在圖13a和圖13b中，開口1304的尺寸以1314和1316標記。

可以看出，掩模1302起到掩模的作用，通過該掩模將在每個電晶體結構位置1206處形成基體區230和發射極區240。在一些實施例中，前述的就是掩模1302的僅有的功能，在執行步驟910和步驟912之後去除掩模。在另一些實施例中，掩模1302也是邊界210。在這樣的實施例中，掩模1302可以包括任意的材料並且可以具有以上確認的用於邊界201的任意尺寸和參數。可以在步驟908形成具有這些尺寸和參數的掩模1302。可選地，可以在步驟908形成具有不同參數的掩模1302，然後在執行步驟910、912之後進行修改以具有邊界210的期望尺寸和參數。例如，可也在步驟908中以有助於執行步驟910的厚度形成掩模1302。在執行步驟910和步驟912之後，可以將厚度1312減小到邊界210的所需厚度402(參見圖4)。

在步驟910中，方法900可以通過在電晶體位置處的掩模中的開口形成集電極摻雜層中的基極摻雜區。圖14示出在電晶體位置1206處的集電極摻雜層1102中形成基極摻雜區1402的示例。可以控制摻雜方法的參數使得從襯底1000的表面106到集電極層1102的基極摻雜區1402的深度1414是圖4中示出的所需尺寸430和434的總和。類似地，可以控制摻雜方法的參數使得在掩模1302下方的基極摻雜區1402的下凹部(underlap)1412是圖4中示出的所需尺寸410和404的總和。在步驟910中的摻雜可以用任意材料並且根據以上確認的用於電晶體結構206的基體區230的任意參數摻雜。

在步驟912中，方法900可以通過在電晶體位置處的掩模中的開口形成基極摻雜區中的發射極摻雜區。圖15示出在基極摻雜區1402中形成發射極摻雜區1502的示例。可以控制摻雜方法的參數使得從襯底1000的表面106到基極摻雜區1402的發射極摻雜區1502的深度1514是圖4中示出的所需尺寸434。類似地，可以控制摻雜方法的參數使得在掩模130下方的發射極摻雜區1502的下凹部1512是圖4中的所需尺寸404。在步驟912中的摻雜可以用任意材料並且根據以上確認的用於電晶體結構206的發射極區240的任意參數摻雜。

在步驟914中，可以提供邊界210。如上所述，掩模1302可以用作邊界210，在這種情況下，掩模1302可以根據需要被修改並且保留在原處作為掩模210。否則，作為步驟914的一部分，可以去除掩模1302並且可以在襯底的外表面1006上形成邊界210。

圖16示出作為方法900的結果在電晶體位置1206中的一個處形成的電晶體結構206(參見圖2至圖4)。填充溝槽1202是阻擋件212。摻雜支撐層1002是支撐層202。減去基極摻雜區1402和發射極摻雜區1502的填充溝槽1202之間的集電極摻雜層1102是集電極區220。基極摻雜區1402減去發射極摻雜區1502是基體區230，發射極摻雜區域1502是發射極區240。圖10-圖16僅示出通過方法900在襯底1000中形成電晶體結構206的許多電晶體位置1206中之一。因此，可以通過方法900在襯底1000上形成許多這樣的電晶體結構206。例如，通過方法900在襯底1000上形成可以彼此相鄰(例如行列陣列)的多個電晶體結構206。

儘管已經在本說明書中描述了本發明的具體實施例和應用，但是這些實施例和應用僅是示例性的，可以有很多變化。