阅读说明：本技术 包含横向/纵向晶体管结构的微流体装置及其制造和使用方法 (Microfluidic devices including lateral/vertical transistor structures and methods of making and using the same ) 是由 E·D·霍布斯 J·K·瓦利 于 2015-12-07 设计创作，主要内容包括：一种微流体装置包括基体(200),基体的外表面形成用于容纳流体介质的一个或多个外壳。基体可以包括单独可控的晶体管结构的阵列,每个晶体管结构可以包括横向晶体管(252)和纵向晶体管(254)。晶体管结构可以是光激活的,因此,横向和纵向晶体管可以是光电晶体管。每个晶体管结构可以被激活,以从基体的外表面的区域(且因此外壳的流体介质)到公共电导体(162)的临时电连接。临时电连接可以通常在该区域处引起局部电动力,其可以足够强,以使附近的微目标在外壳中移动。(A microfluidic device comprises a substrate (200), an outer surface of which forms one or more housings for containing a fluidic medium. The substrate may include an array of individually controllable transistor structures, each of which may include a lateral transistor (252) and a vertical transistor (254). The transistor structure may be optically active, and thus the lateral and vertical transistors may be phototransistors. Each transistor structure may be activated for temporary electrical connection from a region of the outer surface of the substrate (and thus the fluid medium of the housing) to a common electrical conductor (162). The temporary electrical connection may typically induce a local electrokinetic force at the region, which may be strong enough to move nearby micro-objects within the housing.)

包含横向/纵向晶体管结构的微流体装置及其制造和使用 方法

本申请是申请日为2015年12月7日、申请号为2015800756806、发明名称为“包含横向/纵向晶体管结构的微流体装置及其制造和使用方法”的申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及包括具有光学驱动的电动构造的衬底的微流体装置，尤其涉及一种光学驱动的介电泳(DEP)构造。

背景技术

微流体装置可以是用于处理诸如生物细胞等微目标的便利平台。在微流体装置中，可以通过在装置中选择性地产生局部电动力来选择和移动微目标。本申请中公开的发明的实施例包括对在微流体装置中产生电动力的改进。

发明内容

在一些实施例中，一种微流体装置包括：外壳，具有微流体结构和基体，基体包括公共电导体。微流体结构和基体的外表面一起可以限定外壳内的流动路径。基体可以包括晶体管结构的阵列，阵列中的每个晶体管结构可以包括横向双极型晶体管，横向双极型晶体管将基体的外表面的对应区域连接到公共导体。在一些实施例中，微流体装置可以是系统的一部分，该系统包括控制微流体装置的操作的控制设备。

在一些实施例中，一种使微流体装置中的流体介质中的微目标移动的方法可以包括：将偏置电力提供到偏置电极和基体的公共电导体。该方法还可以包括激活基体的外表面的第一区域处的第一晶体管结构，在激活的第一晶体管结构的附近产生足以使附近的微目标在流体路径中移动的电动力。

因此，在一方面，本发明提供的微流体装置包括：外壳，具有微流体结构和基体。微流体结构和基体的外表面可以一起限定外壳内的流动路径。在某些实施例中，基体可以包括公共导体和晶体管结构的阵列，每个晶体管结构包括横向双极型晶体管，横向双极型晶体管将基体的外表面的对应区域连接到公共导体。阵列中的每个晶体管结构还可以包括纵向双极型晶体管，纵向双极型晶体管连接基体的外表面的对应区域。

阵列中的每个晶体管结构可以包括集电极区、基体区和发射极区。在某些实施例中，基体区可以围绕发射极区，集电极区可以围绕基体区。阵列中的每个晶体管结构可以与阵列中的其他晶体管结构物理分离。例如，阵列中的每个晶体管结构通过沟槽与阵列中的其他晶体管结构物理分离。

在某些实施例中，发射极区的纵向厚度可以为大约10nm至大约500nm或者大约50nm至大约150nm。在某些实施例中，发射极区包括n型掺杂剂。发射极区的n型掺杂剂可以选自由锑、砷和磷组成的组。

在某些实施例中，基体区的横向宽度可以在大约10nm与大约400nm之间(例如在大约200nm与大约300nm之间)。在相关的实施例中，基体区的纵向厚度可以等于或大于基体区的横向宽度。例如，基体区的纵向厚度比基体区的横向宽度大大约2倍至4倍，或者比基体区的横向宽度大大约3倍至4倍(例如大大约3.5倍)。基体区可以包括p型掺杂剂，例如硼、铝、铍、锌或镉。

在某些实施例中，集电极区的横向宽度可以在大约100nm与大约1000nm之间，或者在大约600nm与大约750nm之间。此外，集电极区的纵向厚度可以等于或大于集电极区的横向宽度。例如，集电极区的纵向厚度比集电极区的横向宽度大大约2倍至10倍，或者比集电极区的横向宽度大大约4倍至8倍(例如大约6倍大)。在某些实施例中，集电极区可以包括N型掺杂剂。N型掺杂剂可以选自由锑、砷和磷组成的群。在某些实施例中，集电极区的电阻率在大约5欧姆·厘米至大约10欧姆·厘米之间。

在某些实施例中，基体区的纵向厚度比可以是发射极区的横向宽度大大约6倍至12倍。在某些实施例中，集电极区的纵向厚度可以比基体区的纵向厚度大大约3倍至6倍。

在某些实施例中，沟槽的纵向深度比集电极区、基体区和发射极区的组合纵向深度大至少10％。沟槽的纵向深度可以是例如大约2000nm至大约11000nm。沟槽的横向宽度可以是大约100nm至大约1000nm。在某些实施例中，电绝缘材料可以设置在沟槽中。

在某些实施例中，阵列的晶体管结构的节距是大约1000nm至大约20000nm、或者大约8000nm至大约12000nm、或者大约5000nm至大约10000nm。

在某些实施例中，公共导体可以包括N+半导体衬底，晶体管结构的阵列置于在N+半导体衬底上。N+半导体衬底包括选自由锑、砷和磷组成的组的掺杂剂。在某些实施例中，N+硅衬底的电阻率可以在大约0.025欧姆·厘米至大约0.05欧姆·厘米。

在某些实施例中，介电边界可以在阵列的相邻对的半导体结构之间设置在基体的外表面上。边界与阵列的每个晶体管结构的发射极区的周边部分叠置，但是具有暴露发射极区的内部部分的开口(窗口)。介电边界的窗口可以暴露阵列的每个晶体管结构的发射极区的内部部分以直接接触流动路径中的流体介质。在某些实施例中，介电边界的纵向厚度可以是大约750nm至大约2000nm。在某些实施例中，介电边界与发射极区的外侧的周边部分叠置大约10nm至大约200nm。

在某些实施例中，微流体结构和基体一起限定多个互连的流体结构，流动路径是流体结构之一。微流体结构和基体一起进一步限定至少一个保持栏。保持栏可以连接到流动路径。流动路径可以包括流体通道。

阵列的晶体管结构可以将基体的外表面的不同区域连接到公共导体，基体的外表面的这些区域可以设置成直接接触流动路径中的流体介质。在某些实施例中，微流体装置还可以包括偏置电极。流体路径可以设置在偏置电极与基体的公共电导体之间。

在某些实施例中，微流体装置的基体包括第一部分和与第一部分电绝缘的第二部分。晶体管结构的阵列可以是第一阵列的晶体管结构和第二阵列的晶体管结构，第一阵列的晶体管结构可以位于基体的第一部分中，第二阵列的晶体管结构可以位于基体的第二部分中。公共导体可以是第一阵列的晶体管结构(例如，基体的第一部分的晶体管结构)共用的第一公共导体，而不是第二阵列的晶体管结构(例如，基体的第二部分的晶体管结构)所共用。基体可以包括第二部分的晶体管结构共用的第二公共导体，而不是第一部分的晶体管结构共用的第二公共导体。

在另一方面，提供一种微流体设备，其具有第一微流体装置和第二微流体装置，每一个以描述的或者本文其他公开的微流体装置中任意一个的方式而配置。第一微流体装置的外壳可以与第二微流体装置的外壳分离并且不同。第一微流体装置的公共电导体和第二微流体装置的公共电导体可以电连接。因此，可以存在第一微流体装置和第二微流体装置共用的电导体。

在另一方面，提供一种系统，其包括描述的或者本文其他公开的微流体装置，以及用于控制微流体装置的操作的控制设备。控制设备可以包括用于控制流动介质在流动路径中的流量的流量控制器，和/或可以包括光源、空间光调制器和用于将所选择的光的模式引导到外壳中的光路径。替代地或另外地，控制设备可以包括用于捕获外壳内部的图像的光学装置。控制设备可以包括用于控制微流体装置的操作的处理器。

在另一方面，提供一种使微流体装置中的流体介质中的微目标流动的方法。微流体装置可以是描述的或者本文其他公开的任意微流体装置。所述方法可以包括下述步骤：将偏置电力提供到微流体装置(例如，偏置电极和基体的公共电导体)；以及激活基体的外表面的第一区域处的第一晶体管结构，由此在激活的第一晶体管结构附近产生足以使附近的微目标在微流体装置的流体路径中流动的电动力。在某些实施例中，激活第一晶体管结构包括将光束引导至第一晶体管结构的基体区上。光束可以具有大约0.1W/cm²至大约1000W/cm²的强度。

在某些实施例中，提供到微流体装置的偏置电力的峰值电压为大约1Vppk至大约50Vppk。在某些实施例中，偏置电力的频率为大约100kHZ至大约10MHZ。在某些实施例中，偏置电力具有方波形、正弦波形或三角波形。

在某些实施例中，激活第一晶体管结构可以包括引起第一晶体管结构的横向双极晶体管中的第一电流。第一电流可以在激活的第一晶体管结构与偏置电极之间的流动路径中引起不均匀电场，不均匀电场可以产生电动力。电动力可以排斥附近的微目标远离不均匀电场。因此，电动力使附近的微目标远离与激活的第一晶体管结构对应的基体的外表面的第一区域而移动。

在某些实施例中，激活第一半导体结构可以包括在激活的第一晶体管结构的纵向晶体管中引起第二电流流动。第二电流流动可以增强电动力。例如，第二电流流动可以将电动力的幅值增大至少25％。在某些实施例中，横向晶体管中的第一电流流动的电流密度可以比激活的第一晶体管结构的纵向晶体管中的第二电流流动的电流密度大至少1.5倍。

在某些实施例中，微目标可以是诸如聚苯乙烯珠或玻璃珠的珠。珠的直径可以为大约1μm至大约50μm。在某些实施例中，微目标可以是生物细胞。细胞可以选自由SP2、HeLa、胚胎、***、***和Jurkat细胞组成的组。

在某些实施例中，微流体装置的流动路径中的流体介质选自由PBS、RPMI或DMEM组成的组。微流体装置的流动路径中的流体介质可以具有大约10mS/m至大约2S/m的电导率。

在某些实施例中，所述方法包括保持流动路径中的流体介质的温度。所述温度可以保持在大约5℃至大约55℃的温度。

附图说明

图1示出根据本发明的一些实施例的微流体装置的示例，该微流体装置配置成在该装置内部选择性产生局部的电动力。

图2示出根据本发明的一些实施例的图1的装置的基体的示例配置的透视局部剖视图。

图3A是图2的基体的侧视剖视图。

图3B是图3A的俯视图。

图3C是图3B的没有边界结构的俯视图。

图4是标记了各种尺寸的图3A的侧视剖视图。

图5是根据本发明的一些实施例的多个流体装置的侧视剖视图，所述多个流体装置共用同一公共电导体。

图6是根据本发明的一些实施例的流体装置的侧视剖视图，所述多个流体装置包括为该装置的不同部分共用的多个电导体。

图7是根据本发明的一些实施例的流体装置的侧视剖视图，该流体装置包括图2的基体，并且示出了在该装置中选择性地移动微目标的示例。

图8是图7中示出的移动微目标的方法的示例。

图9是根据本发明的一些实施例的制造图2的基体的方法的示例。

图10、图11、图12A、图12B、图13A、图13B和图14至16示出根据本发明的一些实施例的通过图9的方法形成的中间结构。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的示例性实施例和应用。然而，本发明不限于这些示例性实施例和应用，也不限于在本文中描述的方式或者示例性实施例和应用运行的方式。而且，附图可示出简化或局部视图，并且附图中的元件尺寸可以被夸大或者可以不按比例。此外，当在本文中使用“在…上”、“附接到”、“联接到”、“耦接到”或类似的词语时，一个元件(例如，材料、层、衬底等)可以“在另一个元件上”、“附接到另一个元件”、“联接到另一个元件”、或“耦接到另一个元件”，而不管该一个元件直接在另一个元件上、附接、联接或耦接到该另一个元件，还是有一个或更多个中间元件在该一个元件和该另一个元件之间。此外，如果提供的话，方向(例如，在上面、在下面、顶部、底部、侧面、上、下、在…下方、在…上方、上部、下部、水平、垂直、“x”、“y”、“z”等)是相对的并且仅作为示例提供，以便于说明和讨论并且不作为限制。此外，在对一系列元件(例如元件a、b、c)进行描述的情况下，这些描述旨在包括所列出的元件自身的任何一个、少于全部所列出的元件的任何组合和/或全部所列出的元件的组合。

如本文所使用的，“基本上”、“一般”或“大约”是指足以达到预期目的。术语“基本上”、“一般”或“大约”因此允许对绝对或完美状态、尺寸、测量、结果等进行诸如本领域普通技术人员可以预期，但对总体性能没有显着影响的等小的、不重要的变型。当针对数值或者可以被表示为数值的参数或特征使用时，“基本上”或“一般”是指在百分之十内。术语“多个”是指多于一个。在术语“设置”之内涵盖“位于”的含义。

如本文所使用的，关于数值、尺寸或参数，下面的缩写这样定义：“nm”表示纳米；“μm”表示微米；“W/cm”表示瓦特每厘米；“W/cm2”表示瓦特每平方厘米；“kHz”表示千赫兹；“MHz”表示兆赫兹；“Vppk”表示峰值电压；以及“mS/m”表示豪西门子每米。符号“/”表示数学相除。

如本文所使用的，“微流体装置”或“微流体设备”是这样的装置，其包括配置成保持流体的一个或多个分离的微流体回路，每个微流体回路包括流体互连的回路元件，回路元件包括但不限于一个或多个区域、流动路径、通道、和/或栏。某些微流体装置(例如，包括盖的那些)将进一步包括至少两个端口，所述端口配置为允许流体(可选地，存在于流体中的微目标或液滴)流入和/或流出微流体装置。微流体装置的一些微流体回路将包括至少一个微流体通道和/或至少一个腔室。一些微流体回路将保持的流体体积小于约1mL，例如小于约750μL、500μL、250μL、200μL、150μL、100μL、75μL、50μL、25μL、20μL、15μL、10μL、9μL、8μL、7μL、6μL、5μL、4μL、3μL或2μL。在某些实施例中，微流体回路保持约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的流体。

如本文所使用的，“纳米流体装置”或“纳米流体设备”是具有微流体回路的一种微流体装置，微流体回路包括至少一个回路元件，该回路元件配置成保持体积小于约1μL的流体，例如小于约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，纳米流体装置将包括多个回路元件(例如至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、25个、50个、75个、100个、150个、200个、250个、300个、400个、500个、600个、700个、800个、900个、1000个、1500个、2000个、2500个、3000个、3500个、4000个、4500个、5000个、6000个、7000个、8000个、9000个、10,000个或更多个)。在某些实施例中，至少一个回路元件中的一个或多个(例如，全部)配置成保持大约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的流体体积。在其他实施例中，至少一个回路元件中的一个或多个(例如全部)配置成保持大约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的流体体积。

本文所用的“微流体通道”或“流动通道”是指长度明显长于水平尺寸(和垂直尺寸，如果微流体装置包括盖)的微流体装置的流动区域。例如，流动通道可以是水平(或垂直)尺寸的长度的至少5倍，例如长度的至少10倍，长度的至少25倍，长度的至少100倍，长度的至少200倍，长度的至少500倍，长度的至少1000倍，长度的至少5000倍或更长。在一些实施例中，流动通道的长度在约100,000微米至约500,000微米的范围内，包括其间的任何范围。在一些实施例中，水平尺寸在约100微米至约1000微米的范围内(例如约150微米至约500微米)，并且如果存在垂直尺寸，垂直尺寸在约25微米至约200微米的范围内，例如约40微米至约150微米。应当注意，流动通道在微流体装置中可以具有各种不同的空间构造，因此不限于完美的线性元件。例如，流动通道可以是或包括具有以下构造的一个或多个部分：曲线、弯曲、螺旋、倾斜、下降、叉(例如多个不同的流动路径)以及其任何组合。此外，流动通道沿其路径可以具有不同的横截面积，扩大和收缩以在其中提供所需的流体流动。

在一些实施例中，微流体装置可以包括具有外部表面的基体，该基体是用于容纳流体介质的一个或多个外壳的一部分。该基体可以包括可独立控制的晶体管结构的阵列，每个晶体管结构可以包括横向晶体管和纵向晶体管，它们都可以是光电晶体管。每个晶体管结构可以被激活以创建从基体外表面的区域(以及由此在外壳中的流体介质)到公共电导体的临时电气连接。该临时电气连接可以引起基本上在该区域的局部电动力，其可以足够强以使附近的微目标在外壳中移动。

图1示出微流体系统的示例，该微流体系统包括微流体装置100和控制和监测系统170。微流体装置100可以包括一个或多个外壳102，其可以包括一个或多个微流体回路元件104(例如微流体通道142和微流体腔室144)。外壳102和微流体回路元件104可以被配置为容纳一种或多种流体介质(未示出)。例如，介质(未示出)可以设置在外壳102的内表面112上。微流体回路元件104可以互连以形成到一个或多个微流体回路。如图所示，外壳102的内表面112可以包括配置成引起足够强的选择性局部电动力以移动外壳102中的微目标(未示出)的电动元件。电动力的示例是介电泳(DEP)力。

尽管外壳102可以以各种方式配置，但外壳102在图1中示出为包括电动配置的基体110(以下称为“EK配置基体”)、微流体结构140和盖板150。基体110、微流体结构140和盖板150可以彼此附接。例如，微流体结构140可以设置在基体110上，盖板150可以设置在微流体结构140上。基体110、微流体结构140和盖板150可以限定外壳102，从而限定微流体回路元件104。一个或多个端口152可以提供从外壳102的入口和/或出口。可以有一个以上的端口152，每个端口可以是入口、出口或入口/出口。可选地，可以有一个端口152，其可以是入口/出口。例如，一个或多个端口152可以包括通路通道、阀门等。

EK配置基体110可以包括衬底或可以互连的多个衬底。例如，EK配置基体110可以包括一个或多个半导体衬底。EK配置基体110还可以包括印刷电路板组件(“PCBA”)。例如，一个或多个衬底可以安装在PCBA上。如上所述，微流体结构140可以设置在基体110上。外壳102的内表面112可以包括基体110的外表面，于是该外表面可以提供外壳102的一些壁(例如地板壁)和微流体回路元件104。表面112可以包括电动元件114，其可以被单独控制以选择性地引起外壳102中的微目标(未示出)上的局部电动力。可以看到，每个电动元件114可以包括晶体管结构，其包括横向晶体管和纵向晶体管，两者都可以是光电晶体管。微流体装置100可以包括偏置电极160、162，偏置电源164可以与偏置电极连接为电动元件114供电。如图所示，外壳102可以直接设置在偏置电极160、162之间。偏置电极160、162可以各自包括一个或多个电导体(例如导电板、迹线等)。偏置电极160、162的电导体/导电板可以单独寻址。可单独寻址的电导体/导电板可以电连接到EK配置基体110的不同区域，从而提供具有分立的EK配置区域的EK配置基体110。例如，对于包含多个衬底的EK配置基体110，每个衬底可以电连接到偏置电极162的单个可单独寻址导电板。可单独寻址的电导体/导电板可以经由对应的晶体管开关连接到一个或多个AC电压源。

微流体结构140可以包括空腔等，其提供外壳102的一些壁以及由此提供微流体回路元件104的壁。微流体结构140可以提供微流体回路元件104的侧壁。微流体结构140可以包括柔性和/或弹性材料，例如橡胶、塑料、弹性体、硅树脂(例如可光刻的硅树脂或“PPS”)、聚二甲基硅氧烷(“PDMS”)等，任何一种都是可以透气的。可以组成微流体结构140的材料的其他示例包括诸如模制玻璃、可蚀刻的材料如硅、光致抗蚀剂(例如SU8)等的刚性材料。上述材料可以是基本上不可透气的。在图1中示出的微流体回路元件104的示例包括微流体通道142(流动路径的示例)，微流体腔室144(例如保持栏)流体连接到微流体通道142。微流体回路元件104的其他示例包括微流体储存器(未示出)、微流体井(未示出)等。

盖板150可以设置在微流体结构140上并且可以提供外壳102的一些壁(例如顶壁)以及由此提供微流体回路元件的壁。在一些实施例中，盖板150可以包括基本刚性的材料。一个或多个端口152可以提供穿过偏置电极162和盖板150进入外壳102的通道。因此，可以将流体介质(未示出)通过端口152输入到外壳102或从外壳102提取。尽管在图1中，盖板150设置在微流体结构140上面，上述方位可以是不同的。例如，基体110可以设置在微流体结构140上面，微流体结构140可以在盖板150上面。

图1还示出了用于控制和监测微流体装置100的控制和监测系统170的示例。如图所示，系统170可以包括控制器172和控制/监测设备178。尽管在图1中分离地示出，但是可控光投射系统180可以被认为是控制/监测设备178的一部分。控制器172可以被配置为直接控制和监测装置100和/或通过控制/监控设备178来控制和监测装置100。

控制器172可以包括数字处理器174和数字存储器176。处理器174可以是例如数字处理器、计算机等，数字存储器176可以是用于存储数据和机器可执行指令(例如软件、硬件、代码等)作为非暂态数据或信号的数字存储器。处理器174可以配置为根据在存储器176中存储的这样的机器可执行指令进行操作。替代地或另外地，处理器174可以包括硬连线数字电路和/或模拟电路。因此，控制器172可以被配置为执行这里所讨论的任何方法(例如，图8的方法800)、这种方法的步骤、功能、动作等。控制器172或控制器172的任何部分有时在本文中被称为“电路”或“多个电路”，而不管处理器174是否被配置为根据存储在存储器176中的机器可执行指令进行操作，和/或包括硬连线数字逻辑电路和/或模拟电路。

可控光投射系统180可以包括光源(例如，诸如高压汞灯的汞灯、氙弧灯等)、空间光调制器(例如数字镜器件(DMD)、微快门阵列系统(MSA)、透射式液晶显示器(LCD)、硅基液晶(LCOS)器件、硅基铁电液晶(FLCOS)、扫描激光器等)和将选择的光模式引导到外壳102中的光路(例如，光学列)。例如，控制器172可以使光投射系统180将光的变化模式投射进入到外壳102中。

除了包括可控光投影系统180之外，控制/监测设备178可以包括多种不同类型的设备中的任何一种，这些设备用于控制或监测微流体装置100和用微流体装置100执行的方法。例如，设备178可以包括向微流体装置100供电的电源(未示出)、为微流体装置100提供流体介质或从微流体装置100接收流体介质的流体介质源(未示出)、用于控制外壳102中介质的流量的流量控制器(未示出)、诸如用于捕获外壳102内部的图像(例如微目标的图像)的光学装置(未示出)等的图像捕获机构(未示出)、用于将能量引导到外壳101中以激励反应的激励机构(未示出)等。

外壳102的全部或部分可以设置在电极160、电极162之间。例如，如图所示，偏置电极160可以设置在盖板150上，并且偏置电极162可以设置在基体110上。偏置电源164的示例包括交流(AC)电源。图2-图4示出了图1的EK配置基体110的示例构造200，其中电动元件114被具体实现为晶体管结构206，每个晶体管结构206包括横向晶体管252和纵向晶体管254。因此，EK配置基体200可以代替图1中的基体110和/或本文中的任何讨论的基体。图2中的基体200的外表面214相当于图1中的外壳102的内表面112。外壳102中的流体介质(未示出)可以直接在基体200的外表面214上，并且因此直接与外表面214的特征(诸如与通过边界210中的开口208暴露的表面214的边界210和区域202)等接触。在图2中，EK配置基体200被示为设置在偏置电极162上。

如图所示，EK配置基体200可以包括晶体管结构206的阵列，每个晶体管结构可以被激活以选择性地将基体200的外表面214的单独区域202连接到公共导体(例如支撑衬底204和/或偏置电极162)。可以看出，这可以基本上在该区域202之上暂时产生设置在外壳102中的外表面上的流体介质(未示出)中的局部电动力。设置在外壳102中的这样的介质(未示出)可以与区域202直接接触。尽管在图2中示出了晶体管结构206的阵列是行和列的规则模式，但晶体管结构206可以以包括不规则模式的其他模式设置。因此，晶体管结构206的阵列可以是规则或不规则的阵列。

晶体管结构206可以设置(例如搁置)在支撑层204上。介电边界层210和电绝缘阻挡件212可物理上将晶体管结构206分离。边界层210可以设置在外表面214上，因此被认为是外表面214的一部分。边界层210可以提供相邻晶体管之间的外部介电边界，而且可以为晶体管结构206单独地提供开口208。阻挡件212可以从边界层210延伸到支撑层204中，并物理地将基体200内的相邻晶体管结构206分离。如图所示，可以将开口208的尺寸设成使得边界层210与晶体管结构206的发射极区240的外侧面246的外周边叠置。在下文中，与发射极区240的周边部分叠置的边界层210的部分称为叠置部分并在图3A中标记为256。边界层210可以包括电介质材料，其示例包括氧化硅。阻挡件212可以包括电绝缘材料。

如最好地在图3A-图3C中看到的，每个晶体管结构206可以包括发射极区240、基体区域230和集电极区220。如图所示，发射极区240可以设置在基体区230中，基体区230可以设置在集电极区220中。阻挡件212可以从边界结构210充分延伸到基体200中以物理地将一个晶体管结构206的发射极区240、基体区230和集电极区220与相邻的晶体管结构206的发射极区240、基体区230和集电极区220分离。

如图所示，发射极区240可以包括外侧面246、内侧面244和纵向侧面242，外侧面包括外表面214的一部分，内侧面244与外侧面246相对。基体200的外表面214的区域202可以是通过边界210中的开口208暴露的发射极区240的外侧面246的内部部分。

基体区230和集电极区220可以包括横向部分232、222和纵向部分234、224。如图3A所示，基体区230的横向部分232可以设置在发射极区240的横向侧面242和集电极区220的横向部分222之间。集电极区220的横向部分222可以设置在基体区230的横向部分232和纵向部分234与阻挡件212之间，阻挡件212将晶体管结构206与相邻的晶体管结构206分离。

基体区230的纵向部分234可以设置在发射极区240的内侧面244与集电极区220的纵向部分224之间。类似地，集电极区220的纵向部分224可以设置在基体区230的纵向部分234与支撑层204之间。

每个晶体管结构206可以包括多个晶体管。例如，晶体管结构206可以包括横向晶体管252(例如双极结型晶体管)，该横向晶体管252包括发射极区240、基体区230的横向部分232和集电极区220的横向部分222。当激活时，前述的横向晶体管252可以提供从发射极区240的外侧面246(由此是基体200的外表面214的区域202)到支撑层204和偏置电极162的横向传导路径270如下：横向传导路径270可以是从发射极区240的外侧面242通过发射极区240的横向侧面242进入到基体区230的横向部分232，并且通过基体区230的横向部分232进入到集电极区220的横向部分222，通过集电极区220的横向部分222再进入到集电极区220的纵向部分224，通过集电极区220的纵向部分224进入到支撑层204，通过支撑层204进入到偏置电极162。

晶体管结构206还可以包括纵向结型晶体管254(例如另一种双极结型晶体管)，该纵向结型晶体管254可以包括发射极区240、基体区230的纵向部分234和集电极区220的纵向部分224。当激活时，前述的纵向晶体管254可以提供从基体200的外表面214的区域202(包括发射极区240的外侧面246)到支撑层204和偏置电极162的纵向传导路径272如下：纵向传导路径270可以从发射极区240的外侧面246通过发射极区的内侧面244进入到基体区230的纵向部分234，并且通过基体区230的纵向部分234进入到集电极区220的纵向部分224，通过集电极区220的纵向部分224进入到支撑层204，然后通过支撑层204进入到偏置电极162。因此，当激活时，晶体管结构206可以提供通过横向晶体管252的横向传导路径270和通过纵向晶体管254的横向传导路径274，从基体200的外表面214的区域202(包括发射极区240的外侧面246)到支撑层204和偏置电极162。可以看到的是，支撑层204和偏置电极162可以是导电的，并且两者之一或两者都是公共导体的示例。

基体200可以包括半导体衬底。例如，基体200可以包括硅衬底、砷化镓衬底等。支撑层204、集电极区220、基体区230和发射极区240可以包括半导体衬底的掺杂区域。例如，支撑层204、集电极区220和发射极区240可以掺杂有第一类型的掺杂剂，并且基体区230可以掺杂有相反类型的掺杂剂。因此，例如，支撑层204、集电极区220和发射极区240可以掺杂有N型掺杂剂，基体区230可以掺杂有P型掺杂剂。作为另一示例，支撑层204、集电极区220和发射极区24可以掺杂有P型掺杂剂，基体区230可以掺杂有N型掺杂剂。

掺杂相同类型掺杂剂的区域可以掺杂不同浓度的掺杂剂。例如，支撑层204、集电极区220和/或发射极区240中的一个或多个可以被掺杂为所称的N⁺区域，这些区域中的其它一个或多个区域被掺杂为N区域，其中⁺表示N型掺杂剂的浓度更大。类似地，如果支撑层204、集电极区220和发射极区240是P型掺杂的，这些区域中的一个或多个可以被掺杂为P⁺区域。此外，本领域技术人员将会理解，N⁺和N^-掺杂区域可以包括P型掺杂剂，倘若N型掺杂剂比P型掺杂剂的量大得多，并且支配该区域的整体电特性。类似地，P⁺和P^-掺杂区域可以包括N型掺杂剂，倘若P型掺杂剂比N型掺杂剂的量大得多，并且支配该区域的整体电特性。N掺杂剂可以是负载流子(例如电子)的任何来源。合适的N或N⁺掺杂剂的示例包括磷、砷、锑等。P掺杂剂可以是负载流子(例如空穴)的任何来源。合适的P或P⁺掺杂剂的示例包括硼、铝、铍、锌、镉、铟等。

支撑层204可以是重掺杂的，例如是N⁺区域，其电阻率在约0.025欧姆·厘米至约0.050欧姆·厘米之间。集电极区220和/或发射极区240可以是轻掺杂的，例如是N区域，其电阻率在约5欧姆·厘米至约10欧姆·厘米之间。可选地，发射极区240可以是重掺杂的。例如，发射极区240的掺杂密度可以在大约10¹⁸cm^-3至大约10²¹cm^-3的范围中。基体区230的掺杂密度可以在大约10¹⁶cm^-3至大约10¹⁸cm^-3的范围中。提供的前述数值和范围仅是示例性的，而不是限制性的。

图4确定基体200的某些尺寸。示出的尺寸的合适大小的示例包括以下。边界210的厚度402可以在大约750nm与大约2000nm之间，或者大约750nm与850nm之间。在发射极区240的周边之上的边界210的叠置部分256的长度404可以在大约10nm与大约200nm之间。集电极区220的横向部分222的宽度406可以是如下：在大约100nm与大约1000nm之间，或者在大约600nm与大约750nm之间。基体区230的横向部分232的宽度410可以在大约10nm与大约400nm之间，或者在大约200nm与大约300nm之间。发射极区240的厚度434可以是如下：在大约10nm与大约500nm之间，或者在大约50nm与大约150nm之间。基体区230的纵向部分234的厚度430相对于横向部分232的宽度410可以是如下任意一种：大于或等于、大2倍至4倍、大3倍至4倍或大3.5倍。集电极区220的纵向部分224的厚度426相对于横向部分222的宽度406可以是如下任意一种：大于或等于、大2倍至10倍、大4倍至8倍或大6倍。基体区230的纵向部分234的厚度434可以比发射极区240的厚度434大6倍至12倍。集电极区220的纵向部分224的厚度426可以比基体区230的纵向部分234的厚度430大3倍至6倍。提供的前述数值和范围仅是示例性的，而不是限制性的。

从边界210进入到基体200的阻挡件212的纵向长度414可以是如下：在大约2000nm与11000nm之间，或者比发射极区240、基体区230的纵向部分234和集电极区220的纵向部分224的组合厚度434、430和426大至少10％。阻挡件212的节距(例如，相邻阻挡件212的纵向中心轴之间的距离)(也就是晶体管结构206的节距)可以是如下：在大约1000nm与大约20000nm之间，在大约8000nm与大约12000nm之间，或者在大约5000nm与大约10000nm之间。阻挡件212的宽度422可以在大约100nm与大约1000nm之间。提供的前述数值和范围仅是示例性的，而不是限制性的。

在图2至图4中示出的EK配置基体200是示例性的并且可以考虑变化。例如，在一个或多个晶体管结构206中，区域240可以是集电极区域，区域220可以是发射极区域。作为另一示例，横向晶体管252和/或纵向晶体管254中的一个或两个可以是结型晶体管之外的其他类型的晶体。横向晶体管252和/或纵向晶体管254中的一个或两个可以是场效应晶体管。图5和图6示出其他变化的示例。

图5示出了多个微流体装置502、504(示出了两个但是可以有更多)，其中的每一个可以类似于图1的装置100，用图2至图4的基体200代替基体110。如图所示，微流体装置502、504可以是不同的并且互相分离，但是共用同一公共电连接器512，另外，公共电连接器512可以类似于图1的偏置电极162。

图6描绘了微流体装置600，该微流体装置600包括基体602，基体602包括互相电绝缘的多个部分604、606。基体602的第一部分604可以类似图2至图4中的基体200，包括被阻挡件212分离的晶体管结构206的阵列。第二部分606也可以类似基体200，包括被另一阻挡件212分离的其它晶体管结构206的阵列。尽管部分604、606是基体602的一部分，但是部分604、606可以例如通过电绝缘分离件608互相电绝缘。如图所示，第一部分604包括连接到第一部分604的晶体管结构206因此被第一部分604的晶体管结构206共用的第一公共电导体612，但是第一公共电导体612没有连接到第二部分606的晶体管结构206因此不被第二部分606的晶体管结构206共用。类似地，第二部分606包括连接到第二部分606的晶体管结构206因此被第二部分606的晶体管结构206共用的第二公共电导体614，但是第二公共电导体614没有连接到第一部分604的晶体管结构206因此不被第一部分604的晶体管结构206共用。

图7示出图1的装置100的局部剖视侧视图，其中图2至图4的EK配置基体200代替基体110。示出的微目标702设置在通道142中的流体介质742中。如图所示，晶体管结构206b中的一个可以被激活，使其横向晶体管252和纵向晶体管254导通。这会导致沿着横向电流路径270(如图3所示)的横向电流724和沿着纵向电流路径272(也在图3A中示出)的纵向电流722。这可以引起偏置电极160与激活的晶体管结构206b的发射极区240的外侧面246之间的局部不均匀电场714。不均匀电场714可以通常在基体200的表面214的区域202上方的外壳中对应于激活的晶体管结构206b的外侧面246产生局部电动力706(例如DEP力)。

横向电流724和纵向电流722的组合可以增强电动力706的强度超过仅有电流722、724中的一个所产生的力。认为横向电流724可以将电动力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，超过仅由纵向电流产生的电动力。在一些实施例中，横向电流724可以至少比纵向电流722大至少1.5倍。

不均匀电场714所产生的力706可以是排斥力(如图7所示)，它可以足够强，以将附近的一个微目标702从激活的晶体管结构206b推离，例如推到未被激活的晶体管结构206b。可选地，虽然在图7中未示出，但是由不均匀电场714产生的力706可以是将微目标702拉到不均匀电场714的吸引力。力706是排斥力或吸引力取决于很多参数，包括介质742的电导率、偏置电力(例如由偏置电源164(参见图1)提供的)的频率等。

晶体管结构206可以配置为以许多方式中的任何方式被激活。例如，晶体管结构206可以通过激活其基极区域230而被激活，这可导致上述的电流722、724。在一些实施例中，晶体管结构206可以是光电晶体管结构，其配置为通过被引导到基极区域230上的光束而被激活。例如，如图7所示，晶体管结构206b可以通过将光束712引导到其基体区域230的横向部分232上而被激活。替代地或另外地，晶体管结构206b可以通过将光束(未示出)引导到其基体区域230的纵向部分232上而被激活。偏置电极160和盖板150可以基本上对光透明或处于为光束(例如712)提供路径的位置。边界201的厚度可以足够薄以允许光束712穿透到基体区230的横向部分232，和/或发射极区240的厚度可以足够薄以允许光束穿透到基体区230的纵向部分234。以上提供了边界210和发射极区240的合适厚度的示例。

还如图7所示，在没有光束的情况下，晶体管结构206a未被激活。因此，在晶体管结构206的阵列中晶体管结构206可以单独通过将单独的光束712引导到晶体管结构206的基体区230上被激活，通过移除光束712而被去激活。如上所述，控制器172可以控制和改变由可控光投影系统180引导至外壳102中的光的模式，由此控制和改变类似图7中的晶体管结构206而配置的EK元件114的相应激活和模式。

可选地，一个或多个晶体管结构206可以配置成以光之外的其他方式被激活。例如，可以将各个电引线(未示出)提供到一个或多个晶体管结构206的基体区230，一个或多个晶体管结构206可以通过将激活信号通过引线施加到基体区230而被激活，通过去除激活信号而被去激活。

图8是将微目标(类似702)从一个晶体管结构206移动到另一个晶体管结构206的方法800的示例。在步骤802中，晶体管结构被激活。例如，如图7所示，晶体管结构206b可以如上所述被激活(例如采用光束712)。在步骤804中，激活的晶体管结构(例如图7中的206b)引起横向电流和纵向电流(例如图7中的722、724)，它们基本上在激活的晶体管结构上方产生局部不均匀电场(例如714)。在步骤806中，不均匀电场可以引起对附近的微目标的电动力(例如图7中的706)，足以将微目标移动到所述力，或远离所述力，同样如上所述。例如，如图7所示，力706可以是将微目标702从激活的晶体管结构206b推到相邻的未激活的晶体管结构206a的排斥力。

如上所述，图1中的电动元件114可以分别被配置为晶体管结构206。可以通过重复步骤802至步骤806将微目标(例如类似图7中的702)从电动元件114移动到电动元件114，以按需求以移动外壳102中的微目标702的模式选择性地激活和去激活电动元件114中的多个。尽管未示出，电动元件114的模式可以同时被激发以在所需的方向推动微目标。

微目标702可以是任何类型的无生命微目标或生物微目标。例如，微目标702可以是微珠(例如直径在大约1μm与50μm之间的聚苯乙烯珠或玻璃珠)、微柱等。生物微目标的示例包括细胞，诸如SP2、HeLa细胞或Jurkat细胞等，以及胚胎、***、***等。

在一些实施例中，流体介质742可以具有大约10mS/m与大约2S/m之间的电导率。流体介质的示例包括盐溶液(例如PBS等)和细胞培养介质(例如RPMI DMEM等)。方法900可以包括将介质742保持在约5℃与约55℃之间的温度。

可以由偏置电源164提供到偏置电极160、162的偏置电力的示例包括以下。峰值电压在大约1Vppk与大约50Vppk之间的和/或频率在大约100kHZ与大约10MHZ之间的交流(AC)偏置电力。偏置电力可以是方波形、正弦波形或三角波形。光束712可以具有大约0.1W/cm²与大约1000W/cm²之间的强度。

图9的方法900示出了制造图2至图4中示出的EK配置基体200的示例。图10至图16示出在方法900中生产的中间结构的示例。

在步骤902中，方法900可以获得包括掺杂支撑层的半导体衬底。图10示出包括掺杂支撑层1002的半导体衬底1000的示例。衬底1000的外表面在图10至图16中以1006标记。半导体衬底1000可以包括上述确认的用于基体200的任意半导体材料。可以看到的是，掺杂支撑层1002可以基体200中支撑层204的基础，并且可以因此掺杂任意材料，并且根据上述确认的用于支撑层204的任意参数掺杂。可选地，可以在步骤902获得衬底1000而无需掺杂支撑层1002，可以在执行方法900的方法期间或者在执行方法900之后形成掺杂支撑层1002。

在步骤904中，方法900可以形成衬底中的集电极掺杂层，该集电极掺杂层可以掺杂有与掺杂支撑层相同类型的掺杂剂。图11示出在衬底1000中形成紧邻掺杂支撑层1002的集电极掺杂层1102。集电极掺杂层1102可以掺杂有任意的材料，并且根据以上确认的用于集电极区220的任意参数掺杂。

在步骤906中，方法900可以在步骤902中获得的衬底中形成电绝缘阻挡件212(参见图2至图4)。如图12A和12B所示，沟槽1202可以形成在衬底1000中，从外表面1006穿过集电掺杂区1102进入到掺杂支撑层1002。衬底1000被沟槽1202包围(例如围绕)的部分限定出要形成晶体管结构206(参见图2至图4)的晶体管结构位置1206。由此，可以在衬底1000中的需要晶体管206的位置周围形成沟槽1202。还如图12A和图12B所示，沟槽1202可以填充有电绝缘材料1204。

在步骤908中，方法900可以在衬底上形成掩模，掩模在晶体管结构位置处具有开口。图13A和图13B示出在衬底1000的表面1006上形成具有开口1304的掩模1302。如图所示，掩模1302可以具有厚度1312，每个开口1304可以小于其对应的晶体管结构位置1206，使得掩模1302与沟槽1202叠置，并且从沟槽1202向晶体管结构位置1206中延伸距离1306。在图13A和图13B中，开口1304的尺寸以1314和1316标记。

可以看出，掩模1302起到掩模的作用，通过该掩模将在每个晶体管结构位置1206处形成基体区230和发射极区240。在一些实施例中，前述的就是掩模1302的仅有的功能，在执行步骤910和步骤912之后去除掩模。在另一些实施例中，掩模1302也是边界210。在这样的实施例中，掩模1302可以包括任意的材料并且可以具有以上确认的用于边界201的任意尺寸和参数。可以在步骤908形成具有这些尺寸和参数的掩模1302。可选地，可以在步骤908形成具有不同参数的掩模1302，然后在执行步骤910、912之后进行修改以具有边界210的期望尺寸和参数。例如，可也在步骤908中以有助于执行步骤910的厚度形成掩模1302。在执行步骤910和步骤912之后，可以将厚度1312减小到边界210的所需厚度402(参见图4)。

在步骤910中，方法900可以通过在晶体管位置处的掩模中的开口形成集电极掺杂层中的基极掺杂区。图14示出在晶体管位置1206处的集电极掺杂层1102中形成基极掺杂区1402的示例。可以控制掺杂方法的参数使得从衬底1000的表面106到集电极层1102的基极掺杂区1402的深度1414是图4中示出的所需尺寸430和434的总和。类似地，可以控制掺杂方法的参数使得在掩模1302下方的基极掺杂区1402的下凹部(under lap)1412是图4中示出的所需尺寸410和404的总和。在步骤910中的掺杂可以用任意材料并且根据以上确认的用于晶体管结构206的基体区230的任意参数掺杂。

在步骤912中，方法900可以通过在晶体管位置处的掩模中的开口形成基极掺杂区中的发射极掺杂区。图15示出在基极掺杂区1402中形成发射极掺杂区1502的示例。可以控制掺杂方法的参数使得从衬底1000的表面106到基极掺杂区1402的发射极掺杂区1502的深度1514是图4中示出的所需尺寸434。类似地，可以控制掺杂方法的参数使得在掩模130下方的发射极掺杂区1502的下凹部1512是图4中的所需尺寸404。在步骤912中的掺杂可以用任意材料并且根据以上确认的用于晶体管结构206的发射极区240的任意参数掺杂。

在步骤914中，可以提供边界210。如上所述，掩模1302可以用作边界210，在这种情况下，掩模1302可以根据需要被修改并且保留在原处作为掩模210。否则，作为步骤914的一部分，可以去除掩模1302并且可以在衬底的外表面1006上形成边界210。

图16示出作为方法900的结果在晶体管位置1206中的一个处形成的晶体管结构206(参见图2至图4)。填充沟槽1202是阻挡件212。掺杂支撑层1002是支撑层202。减去基极掺杂区1402和发射极掺杂区1502的填充沟槽1202之间的集电极掺杂层1102是集电极区220。基极掺杂区1402减去发射极掺杂区1502是基体区230，发射极掺杂区域1502是发射极区240。图10-图16仅示出通过方法900在衬底1000中形成晶体管结构206的许多晶体管位置1206中之一。因此，可以通过方法900在衬底1000上形成许多这样的晶体管结构206。例如，通过方法900在衬底1000上形成可以彼此相邻(例如行列阵列)的多个晶体管结构206。

尽管已经在本说明书中描述了本发明的具体实施例和应用，但是这些实施例和应用仅是示例性的，可以有很多变化。