參 考 文 獻
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[2]T.R.Hsu, MEMS and Microsystem: design and manufacture, McGraw-Hill, 2002 年.
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[16]P.Deng, Y.K.Lee, and P.Cheng,“ Micro bubble dynamics in DNA solutions,＂Journal of Micromechanics and
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[22]莊達人, VLSI製造技術,高立圖書有限公司, 台北縣, 2005年.
表 4.1 Pr 數、Grl數和Ral數在不同黏度下的值
1cp 1.29cp 2.2cp 2.76cp 5.16cp 11.46cp Pr數 7.1 8.8 15 19 35.4 78.8
Grl數 2.99 1.96 1.25 0.5 0.15 0.0345 Ral數 21.23 17.2 18.75 9.5 5.31 2.71
表 4.2 Bo 數在不同黏度下的值
1cp 1.29cp 2.2cp 2.76cp 5.16cp 11.46cp Bo數 0.73 0.74 0.76 0.77 0.79 0.81
圖 1.1 熱汽泡式噴墨頭剖面圖[17]
圖 1.2 池沸騰時汽泡的脫離與力量平衡[4]
圖 1.3Hong[3]等人在 35V 與脈衝時間 4.4 μs 在大氣溫度 19℃的上 視圖，加熱器尺寸為 25μm×80μm
圖 1.4Li[12]等人在觀察單一微小加熱器(100μm×100μm)汽泡飛濺 的現象，脈衝寬度為 10ms，功率在 15.7MW/m2
圖 1.5Deng 等人[15]等人觀察不同 ssDNA 濃度下觀察汽泡初始成核所 需功率
圖 1.6Li[12]等人研究界定在不同脈衝時間與功率的汽泡驅動可行範 圍
Resist spin on
Resist pattern (no post development
E-beam
evaporated metal
Metal film remained Substrate
Acetone lift-off resist
圖 2.1 光阻剝離法(Lift-off method)
圖 2.2 光阻塗佈過程
圖 2.3 接觸式曝光
圖 2.4 正負光阻顯影後的差異圖
圖 2.5 漸縮式加熱器在光學顯微鏡下的上視圖(圖上方為加熱器尺 寸，加熱器中心寬為 6μm，加熱器底部為 16μm)，下 圖 為 剖 面 圖 ，
非 真 實 尺 寸 (not to scale)
圖 2.6 為漸縮式加熱器的 SEM 圖
圖 2.7 為 Teflon 薄膜厚度所示
圖 2.8 未經任何處理的 Ta-Al 合金表面的表面粗糙度示意圖
圖 2.9 未經任何處理的 Ta-Al 合金表面的表面粗糙度量測示意圖
圖 2.10 利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面的表面粗 糙度示意圖
圖 2.11 利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面的表面粗 糙度量測示意圖
圖 2.12 塗佈鐵氟龍液體的 Ta-Al 合金表面的表面粗糙度示意圖
圖 2.13 塗佈鐵氟龍液體的 Ta-Al 合金表面的表面粗糙度量測示意圖
圖 3.1 側向拍攝式系統
圖 3.2 上方與側向同步拍攝式系統
圖 3.3 奧士瓦黏度計
圖 4.1 幾何參數示意圖
圖 4.2 未經任何處理的 Ta-Al 合金表面靜態接觸角量測
圖 4.3 未經任何處理的 Ta-Al 合金表面不同黏度所量測的靜態接觸角
圖 4.4 利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面靜態接觸 角量測
圖 4.5 利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面在不同黏 度所量測的靜態接觸角
圖 4.6 塗佈鐵氟龍液體的 Ta-Al 合金表面靜態接觸角量測
圖 4.7 塗佈鐵氟龍液體的 Ta-Al 合金表面在不同黏度所量測的靜態 接觸角
100μm
(a) (b)500msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.8 工作液體為去離子水，接觸角為 53 度，輸入功率為 0.55W 熱 汽泡成長過程側像拍攝視點
圖 4.9 未經任何處理的 Ta-Al 合金表面在不同黏度下使汽泡初始成 核的輸入功率變化圖
100μm
(a) (b)500msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.10 工作液體為去離子水，接觸角為 53 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程側像拍攝視點
100μm 100μm
(a) (b)50msec
(c)200msec (d)400msec
(e)1.916sec (f)4sec
圖 4.11 工作液體為 1.29cp，接觸角為 32 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm
(a) (b)143msec
(c)751msec (d)2sec
(e)3sec (f)3.871sec
圖 4.12 工作液體為 2.2cp，接觸角為 37 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程側像拍攝視點
100μm
(a) (b)200msec
(c)800msec (d)1.9sec
(e)3.1sec (f)3.936sec
圖 4.13 工作液體為 2.76cp，接觸角為 42 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程側像拍攝視點
100m 100μm
(a) (b)16msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.14 工作液體為 5.16cp，接觸角為 45 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)25msec
(c)700msec (d)1.3sec
(e)2.2sec (f)4sec
圖 4.15 工作液體為 11.46cp，接觸角為 68 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.16 為 Barthes[19]等人觀察在連續固定功率面向下的加熱器表 面 Marangoni 對流與冷凝現象的側視圖
100μm 100μm
(b)1sec
(c)3sec (d)5sec
(e)5.7sec (f)7sec
圖 4.17 工作液體為 5.16cp，接觸角為 45 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)30msec
(c)57msec (d)65msec
(e)1sec (f)2sec
圖 4.18 工作液體為 1cp，接觸角為 49 度，輸入功率為 0.45W 熱汽泡 成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.19 利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面在不同黏 度下使汽泡初始成核的輸入功率變化圖
100μm
(a) (b)653msec
(c)971msec (d)1sec
(e)2sec (f)3sec
圖 4.20 工作液體為 1cp，接觸角為 49 度，輸入功率為 0.8W 熱汽泡 成長過程側像拍攝視點
100μm 100μ
(a) (b)100msec
(c)500msec (d)1.2sec
(e)2.2sec (f)4sec
圖 4.21 工作液體為 1.29cp，接觸角為 37 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)500msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.22 工作液體為 1cp，接觸角為 113 度，輸入功率為 0.6W 熱汽泡 成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.23 塗佈鐵氟龍液體的加熱器表面在不同黏度下使汽泡初始成核 的輸入功率變化圖
100μm 100μm
(a) (b)500msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.24 工作液體為 1cp，接觸角為 113 度，輸入功率為 0.8W 熱汽泡 成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)210msec
(c)410msec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.25 工作液體為 1.29cp，接觸角為 111 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)302msec
(c)731msec (d)1.95sec
(e)2.814sec (f)3.147sec
圖 4.26 工作液體為 2.2cp，接觸角為 114 度，輸入功率為 0.8W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)281msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.27 工作液體為 2.76cp，接觸角為 114 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)200msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3.063sec (f)3.836sec
圖 4.28 工作液體為 5.16cp，接觸角為 115 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)200msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.29 工作液體為 8.31cp，接觸角為 113 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)100msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.30 工作液體為 11.46cp，接觸角為 111 度，輸入功率為 0.8W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.31 左上方為 Deng[15]在 ssDNA 溶液中添加蔗糖改變它的黏度觀 察汽泡初始成核所需功率與右方與左下方的本文實驗結果比較
100μm 100μm
(a) (b)27msec
(c)56msec (d)58msec
(e)128msec (f)296msec
圖 4.32 工作液體為 1.29cp，接觸角為 53 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 1.2W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)100msec
(c)2sec (d)2.5sec
(e)2.522sec (f)4sec
圖 4.33 工作液體為 2.2cp，接觸角為 37 度，汽泡飛濺的最低輸入功 率為 1W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)100msec
(c)1sec (d)2.5sec
(e)2.5sec (f)3s
圖 4.34 工作液體為 2.76cp，接觸角為 42 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 1W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)21msec
(c)121msec (d)1sec
(e)3.2sec (f)3.7sec
圖 4.35 工作液體為 5.16cp，接觸角為 45 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 0.95W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)10msec
(c)200msec (d)1sec
(e)2sec (f)3sec
圖 4.36 工作液體為 11.46cp，接觸角為 68 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 0.95W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μ
(a) (b)9msec
(c)19msec (d)20msec
(e)21msec (f)1sec
圖 4.37 工作液體為 1.29cp，接觸角為 37 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 1.2W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)10msec
(c)500msec (d)1sec
(e)2.5sec (f)3sec
圖 4.38 工作液體為 2.2cp，接觸角為 40 度，汽泡飛濺的最低輸入功 率為 0.8W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
(a) (b)10msec
(c)500ms (d)1sec
(e)2sec (f)3sec
圖 4.39 工作液體為 2.76cp，接觸角為 40 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 0.8W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
100μm 100μm
(a) (b)10msec
(c)500msec (d)1sec
(e)2sec (f)3sec
圖 4.40 工作液體為 5.16cp，接觸角為 44 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 0.72W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)10msec
(c)100msec (d)500msec
(e)2sec (f)4sec
圖 4.41 工作液體為 11.46cp，接觸角為 49 度，汽泡飛濺的最低輸入 功率為 0.7W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.42 界定未經任何處理的 Ta-Al 合金表面使汽泡驅動的可行功率 範圍在不同黏度下的變化圖
圖 4.43 界定利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合 金 表 面 使 汽泡驅動的可行功率範圍在 不 同 黏 度 下 的 變 化 圖
100μm 100μm
(a) (b)78msec
(c)134msec (d)1sec
(e)1.013sec (f)1.198sec
圖 4.44 工作液體為 1.29cp，接觸角為 113 度，輸入功率為 1.2W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)79msec
(c)411msec (d)1.262sec
(e)1.32sec (f)1.684sec
圖 4.45 工作液體為 2.2cp，接觸角為 111 度，輸入功率為 1W 熱汽泡 成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)200msec
(c)900msec (d)1.59sec
(e)1.989sec (f)2.2sec
圖 4.46 工作液體為 2.76cp，接觸角為 114 度，輸入功率為 1W 熱汽 泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)20msec
(c)200msec (d)1sec
(e)2sec (f)3.63sec
圖 4.47 工作液體為 5.16cp，接觸角為 115 度，輸入功率為 0.95W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
(a) (b)249msec
(c)1sec (d)1.5sec
(e)2sec (f)3sec
圖 4.48 工作液體為 8.31cp，接觸角為 113 度，輸入功率為 0.95W 熱 汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
100μm 100μm
(a) (b)500msec
(c)1sec (d)2sec
(e)3sec (f)4sec
圖 4.49 工作液體為 11.46cp，接觸角為 111 度，輸入功率為 0.95W 熱汽泡成長過程上方與側向同步拍攝視點觀測
圖 4.50 界定塗佈鐵氟龍液體的 Ta-Al 合 金 表 面 使 汽泡驅動的可行 範圍在 不 同 黏 度 下 的 變 化 圖
圖 4.51 界定未經任何處理的 Ta-Al 合金表面 汽泡振盪與飛濺現象
圖 4.52 界定利用離子蝕刻系統進行表面改質的 Ta-Al 合金表面 汽泡振盪與飛濺現象
圖 4.53 輸入功率為 0.6W，在可行汽泡驅動的範圍中，不同親疏水性 表面熱汽泡汽固界面接觸直徑隨時間的變化圖
圖 4.54 輸入功率為 0.8W，在可行汽泡驅動的範圍中，不同親疏水性 表面熱汽泡汽固界面接觸直徑隨時間的變化圖