首先基板的部份，採用台灣卓韋光電（Join-Well）的 ITO PET 產品。其規格參考下 表 2-1，由熱穩定性的資料來看，製程須控制在 150℃以下，在化學藥品的抵抗上，一
絕緣層材料方面，參考下表 2-2，一般用來當作絕緣層材料的 PECVD 氮化矽及氧 化矽，雖然在半導體製程來說算是低溫的，還具有著相當高的介電常數和介電強度，很 適合用來製作低驅動電壓的 EWOD 元件[53]，但對於 ITO PET 基板來說，最低 200℃仍 屬於高溫的製程，而且這兩種都屬於是硬脆的材料，應用於可撓式的元件會較為不利，
因此在材料的選擇上，偏向以高分子材料為主。
表 2-2 常見低溫製程的絕緣材料比較表
材料 材料 材料
材料 製程溫度製程溫度製程溫度製程溫度（（（（℃℃℃℃）））） 介電常數介電常數 介電常數介電常數 介電強度介電強度（介電強度介電強度（（（V/µm）））） 蝕刻製程蝕刻製程蝕刻製程蝕刻製程 參考資料參考資料參考資料參考資料
PECVD 氮化矽 200 ~ 400 6 ~ 9 500 乾式 [54]
PECVD 氧化矽 200 ~ 400 4.1 ~ 4.9 300 ~ 600 乾、溼式 [54,55]
Parylene 室溫 2.65 ~ 3.15 216.5 ~ 275.6 乾式 [56,57]
Polyimide 100 ~ 350 2.9 ~ 3.5 > 2 乾、溼式 [58]
SU-8 65 ~ 150 3 ~ 4.5 > 40 溼式顯影 [59]
而上表高分子材料中，三種材料的介電常數都在 3 左右，而 Parylene 卻具有相當高 的介電強度，而且又可以在室溫沉積，非常適合應用在可撓式 EWOD 元件中，惟獨在 蝕刻製程上，須要使用乾式的離子蝕刻機台[57]，製程較為複雜。至於 Polyimide 則是主 要應用在高溫的環境，其分解溫度（decomposition temperature）可高達 450~620 ℃[58]，
在上表高分子材料中，屬於相當耐高溫的材料（Parylene：290~410 ℃[56]、SU-8：380 ℃
[59]），但在介電強度上則顯得比較不足。
SU-8 是一種環氧基的負型光阻（epoxy-based negative photoresist），具有較好的化學 穩定性、透明度高、介電係數大，以及製程相容於一般微影製程，操作溫度低（90℃左 右），不須額外添購儀器，而且厚度選擇範圍廣，可塗佈薄到 1 µm 以下，也可以厚達 1 mm 以上[60]，已被廣泛的應用在微機電元件之中[61-63]。對於可撓式 EWOD 元件來說，以 SU-8 作為絕緣層材料，不但製程溫度適合，製程步驟也很簡單，可以大幅降低元件製 作成本。這裡所採用的 SU-8 主要為 Gersteltec 公司的 GM-1040，厚度約在 0.8~5 µm 之 間，相關材料特性，參考下表 2-3。
最後斥水性塗膜方面，與先前研究團隊一樣，採用杜邦公司的 Teflon® AF，由於 Teflon 本來就是高分子材料，斥水性非常的優異，經溶劑溶解後，可以直接旋塗在晶片
上，並且放在大氣中自然乾燥即可，不一定要加熱固化，便能輕易製作出斥水性的表面，
資料來源：MEMScyclopedia 及杜邦公司
2-1-2 製程測試 異丙醇（IsoPropyl Alcohol，IPA） 清潔試片 丙酮（Acetone，ACE） 清潔試片、去除光阻 正光阻顯影液（FHD-5） 正光阻顯影 SU-8 顯影液（Propylene Glycol
monoMethyl Ether Acetate，PGMEA）
清潔試片、SU-8 顯影、
去除正光阻
上表 2-4 列出幾種常用的化學藥品：異丙醇性質溫和，親油也親水，適合用於試片 的清潔，特別是高分子基板，比較不容易被侵蝕而損壞，又因為它的表面張力比水小
（18~23 mN/m）[64]，沸點也比水低（82℃）[65]，常被拿來作為釋放結構（release），
取代水防止結構沾黏用[66]。丙酮性質較為強烈，一樣可以拿來清洗晶片，還可以拿來 去除光阻（FH-6400、AZ-4620 及未曝光的 SU-8），但對於高分子材料會稍微侵蝕，例 如雷射加工過的壓克力，在圖形的邊緣會產生裂痕。另外，正光阻顯影液 FHD-5 是 1.8~2.8%的四甲基胺水（TetraMethyl Ammonium Hydroxide，TMAH）[67]，而 TMAH 也是一種矽的蝕刻液，因此顯影過久仍然會稍微侵蝕矽晶片，這輕微的蝕刻可以從去除 光阻後，沖水時在矽晶片上出現光阻圖形的水痕觀察到。至於 SU-8 顯影液，它是一種 很強的有機溶劑，透明無色但味道很重，會侵蝕較多的高分子材料，像是聚碳酸酯
（Polycarbonate，PC），就會被侵蝕變成白色粉末狀；壓克力沾到也會有白化的現象。
而且從 AZ-4620 的物質安全資料表[68]中得知，該光阻中有將近 60%的成分是 PGMEA，
也就是 SU-8 顯影液的主成分[69]，因此 SU-8 顯影液也會溶解 AZ-4620，可用做去除光
其中，雖然根據 AZ-4620 原廠科萊恩（Clariant）的資料，顯影液是以 4 倍水稀釋的
AZ-400K，但經過測試 FHD-5 也可以顯影，只是線寬表現會比較差一點。
製程測試結果如下圖 2-1 所示，(a)圖中上方圓形淡褐色的部份是 FH-6400 的光阻結 構，有一點鋸齒狀邊緣，這是由於曝光劑量過多，導致線寬嚴重流失，從 35 µm 的光罩 線寬，變成只有 10 µm 而已。而(b)圖深褐色的部份是 AZ-4620，雖然沒有明顯的鋸齒狀，
但線寬也是嚴重流失（15 µm 變 7 µm），因此在曝光參數方面，還需要再調整。另外，
圖中下方較白的部份，是裸露出來的 ITO 導電層，可以看出經過光阻製程後，對於 ITO 來說不會有明顯的損壞，而且光阻結構都能穩固的站在 ITO PET 基板上。
圖 2-1 兩種正光阻製程的測試結果
接下來，將試片浸泡緩衝的氧化物蝕刻液（Buffered Oxide Etchant，BOE）1.5~2.0 分鐘，由於 BOE 可以蝕刻氧化物，因此拿來測試是否可以蝕刻 ITO，之後再以 ACE 去 光阻，進行 SU-8 光阻的製程（參數見上表 2-5）。
下圖 2-2 為 ITO 蝕刻的結果，證實 ITO PET 基板上的 ITO 可以被 BOE 所蝕刻，但 在 ITO 玻璃的測試中，BOE 卻無法蝕刻 ITO，這可能的原因是 ITO 與玻璃基板附著力 較好，而且製程溫度高，ITO 的品質也比較好的關係，因此須改用稀釋的王水（硝酸：
鹽酸：水＝0.08 or 0.16：1：1）來蝕刻。
而 SU-8 製程的部份，這裡用的是 MicroChem 公司的 SU-8 50，並稀釋到固含量約 為 51.8%，約為原廠 SU-8 5 的比例，以獲得較薄的結構。SU-8 的稀釋液是γ-丁酸內酯
（Gamma ButyroLactone，GBL），根據各種型號（2~100）的固含量，可由較黏的型號 調配出較稀的。下表 2-6 列出 SU-8 各種型號的黏度、固含量與結構厚度參考值。後來 的實驗，為了獲得較為穩定的光阻品質，改用規格品：Gersteltec 公司的 GM-1040，製
(a) FH-6400 光阻 (b) AZ-4620 光阻
100 µm
作出 1 µ m 的 SU-8 絕緣層結構。
表 2-6 MicroChem SU-8 光阻資料表
型號 型號 型號
型號 黏度黏度黏度黏度（（（（cSt））） ） 固含量固含量固含量固含量（（（%）（ ）） ） 厚度厚度（厚度厚度（（（µm）））），，，，2000 rpm
SU-8 2 45 2
SU-8 5 290 52 7
SU-8 10 1050 59 15
SU-8 25 2500 63 25
SU-8 50 12250 69 50
SU-8 100 51500 73 150
資料來源：MEMScyclopedia 及 MicroChem
SU-8 製程測試方面，是在試片上製作兩條垂直的 ITO 導線，並部份覆蓋上 SU-8 結 構，參考下圖 2-2。蝕刻後 ITO 導線轉印出光阻的鋸齒狀，並露出下方 PET 基板，且經 過 SU-8 顯影製程後，上半部裸露的 ITO 導線，還維持原來的光亮，並沒有遭到明顯傷 害的跡象。而下半部的 SU-8 絕緣層結構，均勻覆蓋在 ITO 導線及 PET 基板上，且不易 剝落附著性佳。
圖 2-2 ITO 蝕刻與 SU-8 製程的測試結果
因此，由上面兩部份測試結果得知，ITO PET 基板均能通過：常用化學藥品的浸泡，
以及三種光阻的製程，用一般的光阻製程，便可以在此基板上製作出 EWOD 元件。接 下來，要針對上述製程所製作的元件，進行初步的元件測試。
2-1-3 元件及材料測試
測試元件的結構如下圖 2-3 所示，主要分為上板與下板，上板是整片 ITO 電極，分
PET 基板 ITO 導線
SU-8 絕緣層
別覆蓋上 SU-8 絕緣層與 Teflon 斥水性塗膜，下板是數個 ITO 電極，一樣覆蓋上 SU-8 與 Teflon，中間的墊片為 540 µm 厚的 PC 片。而接線方面，上板的 ITO 固定接地，下 板的 ITO 電極接火線，並可以選擇火線接那一個電極。測試的時候，分別接 DC 與 AC 的控制訊號，觀察兩種不同訊號對於液珠控制的影響，至於 AC 訊號的頻率，根據 Cho[48]
等人的研究，墊片厚度會影響最佳操作頻率，由內插法得出 540 µm 的最佳頻率為 2 kHz。
圖 2-3 初步測試元件的結構示意圖
下圖 2-4(a)為 DC 驅動的結果，當 120 VDC施加在電極 1 的時候，液珠慢慢地往右 上方移動，抵達定位後，液珠邊緣會隨底部電極的外形變化，而且會出現較粗的黑色輪 廓線。當切換到電極 2 的時候，雖然液珠有稍微往上移動，但無法將液珠完整拉過去，
似乎電極 1 會拉住液珠。換通 AC 訊號的時候（參考下圖 2-4(b)），液珠可以整顆往上移 動，而且可以在兩電極間來回運動。因為 SU-8 容易捕捉電荷（trapping of charge），使 得切斷 DC 訊號的時候，表面仍帶有電荷，而 AC 有正負極性的變換，比較不容易帶電。
圖 2-4 直流與交流電驅動液珠的結果
SU-8 絕緣層
Teflon 斥水性塗膜 ITO 電極
PET 基板
PC 墊片 去離子水珠
V 上板
下板
10 s 20 s
0 s
(a) 120 VDC驅動結果
(b) 142 VAC驅動結果（2 kHz 正弦波）
0 s 10 s 20 s
電極 1 電極 2
為研究 SU-8 在 DC 電場下電荷捕捉的情況，以線性升降 DC 電壓，來進行 SU-8 為
2-2 元件設計與製作
2-2-2 可撓式 EWOD 元件製程與結果 接導電板上的 Teflon，由於烘烤前的 Teflon 尚未固化，因此用棉花棒擦拭時，可以完全 清除並產生粉末狀的 Teflon，若經過 110℃烘烤 5 分鐘，則會呈現片狀 Teflon，而且容
2-3 實驗結果與分析
在可撓式 EWOD 元件彎曲的情況下，驅動液珠沿曲面向上移動時，可能會比原來 在平面運動還多出(1)重力的影響，阻礙液珠向上，以及(2)曲面的效應，影響元件出力。
因此，針對這兩種可能的影響，設計兩個實驗：傾斜測試與曲面測試。前者是讓元件與 水平面成一傾斜角，驅動液珠沿傾斜面向上爬升，量測液珠重力對驅動效果的影響；而 後者是讓元件固定在曲面治具上，使元件彎曲成特定之曲率，驅動液珠由下沿著曲面向 上爬升，以調查元件彎曲對於液珠驅動的影響。
2-3-1 實驗架設
這兩項實驗的架設，可分作四個部份：(1) AC 電源供應、(2)訊號連接與控制、(3) 傾斜平台，與(4)曲面治具。首先，電源供應的部份是由一組波形產生器與訊號放大器來 供應，見下圖 2-9(a)，由波形產生器產生所要的控制訊號波形（2 kHz 正弦波），再經由 訊號放大器，將原來最大 10 Vp 的訊號，放大到所需的電壓。這裡採用的是 A.A. Lab systems 的 A-303 壓電驅動器，可將輸入訊號放大 20 倍可達約 200 Vp，也就是最大可產 生 141.1 VRMS的 AC 訊號。原廠提供的相關規格，簡列於下表 2-7 中。
圖 2-9 電源供應與訊號控制的架設
訊號的控制方面，以一片訊號控制板，將訊號由 1 路分成獨立的 17 路，以手動的 開關切換（參考上圖 2-9(b)），當按下開關時，會切換到輸入訊號的火線；而當放開的時 候，則會切換到地線，最後透過訊號排線傳到元件上。
訊號的控制方面，以一片訊號控制板，將訊號由 1 路分成獨立的 17 路，以手動的 開關切換（參考上圖 2-9(b)），當按下開關時，會切換到輸入訊號的火線；而當放開的時 候，則會切換到地線，最後透過訊號排線傳到元件上。