Monolithic Integration of Multiple Porous Silicon Membranes for Lab-on-a-chip Applications

Intégration monolithique de multiples membranes de silicium poreux pour laboratoires sur puce La principale cause de mortalité dans le monde est due à des maladies traitables non diagnostiquées. La raison sous-jacente est le coût et la complexité de la plupart des processus de diagnostic, car ils sont souvent réalisés dans des centres médicaux et nécessitent des équipements coûteux et compliqués. Pour résoudre ce problème, le développement d'une technologie au point de service utilisant des laboratoires sur puce miniaturisés et peu coûteux revêt une grande importance. L'analyse d'un échantillon comprend deux étapes principales : la préparation de l'échantillon (purification et pré concentration de l'échantillon) et son analyse (bio détection). Différentes technologies ont été développées avec succès pour implémenter ces étapes sur puce, cependant elles sont généralement intégrées de manière hybride, où le biocapteur et le module de préparation de l'échantillon sont réalisés séparément puis combinés, ce qui augmente la complexité du dispositif et éventuellement son coût final. L'objectif de ce travail est d'offrir une réponse technologique générique et unique pour la préparation et la détection d'échantillons sur puce au moyen d'éléments en silicium poreux, sous la forme de membranes latérales en silicium poreux et de couches verticales standard en silicium poreux fabriquées de manière monolithique sur une seule puce micro fluidique plane. Le silicium poreux est un matériau nanostructuré aux caractéristiques électriques et optiques intéressantes qui a déjà été utilisé pour la bio détection par interférométrie basée sur la réflectance lorsqu'il est correctement fonctionnalisé et pour la filtration basée sur la taille et la charge. En outre, c'est un bon candidat pour la concentration d'échantillons par polarisation de la concentration ionique, en raison de sa propriété de sélectivité ionique. Cependant, il faut être capable de fabriquer de multiples éléments en silicium poreux avec des morphologies spécifiques (taille des pores et porosité) sur la même puce, ce qui n'a pas encore été réalisé, afin d'utiliser le silicium poreux comme une brique technologique générique pour diverses fonctions. Le silicium poreux est généralement fabriqué par anodisation électrochimique et l'état de dopage du silicium est l'un des paramètres qui contrôle la morphologie de la couche poreuse. Nous avons donc développé un procédé de fabrication basé sur l'implantation ionique sélective de substrats SOI afin d'obtenir de nombreux éléments poreux de caractéristiques distinctes en utilisant une seule étape d'anodisation. Nous avons réussi à fabriquer des membranes latérales poreuses en silicium pontant des micro canaux planaires avec une augmentation de deux fois la taille des pores entre les régions non implantées et implantées sur une seule puce (de ~25 à ~50 nm), tandis que la porosité variait de ~80 à ~90%. En gravant la couche d'oxyde enterrée, nous avons également formé des couches de silicium poreuses verticales, avec une taille de pores de ~35 nm et une porosité de ~65%, au fond des micro canaux sur le même échantillon. En utilisant les procédés de fabrication développés, nous avons conçu et fabriqué un laboratoire sur puce monolithique intégrant des étapes de pré concentration et de filtration de l'échantillon, avec un potentiel de réalisation de bio détection par interférométrie optique.