SE463654B - Membranstruktur samt saett att framstaella densamma - Google Patents

Description

465 654 10 15 20 25 30 35 2 av ett flertal sammanfallande hål i de båda folierna.

Vid varje utstansat hål uppstår därvid en frân folien utskjutande, nerböjd, cirkulär fläns med taggig kantlinje.

De hàlstansade folierna lösgöres därefter från varandra och förskjuts sà_inbördes, att hålen i den ena folien bringas att ligga utför icke hålstansade partier hos den andra folien. De nerböjda flänsarna vid hålen i den ena folien håller denna folie pá avstånd från den andra folien, och fria passager från hålen i den ena folien till hålen i den andra folien erhålles mellan "taggarna" hos de nerböjda flänsarna och den metallfolie som taggarna vilar mot.

Denna kända struktur är avsedd att användas som ett partikelfilter. En gas eller en vätska som skall filtreras ledes in genom hålen i den ena folien, passerar mellan tänderna hos flänsarna vid inströmningsstället, strömmar mellan folierna parallellt med dessa, passerar åter mellan tänderna hos flänsar vid utströmningsstället och lämnar slutligen strukturen genom hålen i den andra folien. Filtreringsgraden är här bestämd av storleken och formen hos de av taggarna bildade, fria passagerna.

Denna kända struktur enligt GB 840 615 uppvisar följande nackdelar: l. Dimensionen hos de fria passagerna, dvs. filtrerings- graden i detta fall, är bestämd av storleken och formen hos deformationer som uppkommer genom en stans- ningsoperation. Detta innebär att dessa deformationers storlek och form inte kan kontrolleras nämnvärt, dvs. att filtreringsgraden inte blir väldefinierad.

Detta sätter också i praktiken en nedre gräns på möjliga dimensioner hos de fria passagerna. 2. Eftersom strukturen är tillverkad av metallfolier och hålen stansas ut, så kan hälen i praktiken varken göras mycket mindre än angivna 1 mm eller placeras tätare än angivna 2,5 mm. Detta är en oönskad be- gränsning med tanke på dessa måtts inverkan på struk- turens flödesmotstånd. 510 15 20 25 30 35 465 654 3 3. Metallfolierna förses först med hål, varefter de förskjuts i förhållande till varandra för att slutligen fixeras i det förskjutna läget. Detta innebär en icke önskvärd osäkerhet i förskjutningen av hålen.

Detta innebär också ett krav på särskilda åtgärder och/eller medel för fixeringen av de förskjutna me- tallfolierna. 4. Till följd av att strukturen är tillverkad av metall kan den inte användas i alla omgivningar. Höga tempera- turer, frätande gaser eller vätskor, etc. kan medföra skador på och nedsatt funktion hos strukturen.

Med beaktande av denna kända filterstruktur, sättet att tillverka denna och nackdelarna hos densamma har föreliggande uppfinning som ändamål att dels åstadkomma en membranstruktur av den inledningsvis angivna typen som ej uppvisar nackdelarna 1-4 enligt ovan, dels ett sätt att tillverka en dylik membranstruktur.

För uppnående av ovan angivna och andra ändamål, vilka skall anges närmare i det följande, åstadkommes enligt uppfinningen ett sätt att framställa en membran- struktur av inledningsvis angivna slag, vilket sätt kännetecknas av att ett sammanhängande distansskikt i annat material än membranen och med en förutbestämd tjocklek, som svarar mot nämnda inbördes avstånd, anordnas mellan membranen och att distansskiktet avlägsnas succes- sivt via hålen hos åtminstone det ena membranet, så att det i distansskiktet hos den färdiga strukturen uppstår frilagda passager eller kanaler mellan hålen i det första membranet och hålen i det andra membranet och så att återstoden av nämnda distansskikt bildar nämnda separata distansstöd.

Tack vare att distansstöden enligt uppfinningen bildas utifrån ett ursprungligen sammanhängande distans- skikt med samma tjocklek som distansstöden, så kan dessa tillverkas med exakt samma höjd, eftersom ett dylikt sammanhängande distansskikt kan tillverkas med avsevärt större noggrannhet än separata, enskilda distansstöd. 465 654 10 15 20 25 30 35 4 Ett annat viktigt särdrag hos det uppfinningsenliga framställningssättet är att distansskiktet tillverkas av annat material än membranen. Skälet härför är att man skall kunna avlägsna det material från distansskiktet som inte skall ingå i den färdiga strukturen. Genom att annat material (eventuellt flera olika material) väljes för distansskiktet (eventuellt flera angränsande skikt) kan man via hålen i åtminstone det ena membranet utsätta det ursprungligen sammanhängande distansskiktet för en behandling som å ena sidan successivt avlägsnar sådant material som distansskiktet är tillverkat av, men som å andra sidan inte påverkar sådant material som membranen är tillverkade av.

För att få väldefinierade dimensioner hos de frilagda kanalerna är det föredraget att den successiva avlägs- ningen av distansskiktet först avslutas när de frilagda kanalerna har erhållit en minsta bredd som är större än nämnda inbördes avstånd mellan membranen. Storleken på de största partiklar som kan passera genom strukturen, i det fall denna används som ett partikelfilter, blir då bestämd av nämnda inbördes avstånd mellan membranen, dvs av distansskiktets tjocklek.

I ett speciellt föredraget utförande av det upp- finningsenliga framställningssättet krävs det ej någon inbördes förskjutning av membranen efter det att dessa har försetts med hål. Speciellt kan man med detta ut- förande av det uppfinningsenliga framställningssättet använda hålen i det ena membranet för att definiera lägena för hålen i det andra membranet.

För detta ändamål kännetecknas ett föredraget ut- förande av framställningssättet enligt uppfinningen av åtgärderna att som ett första steg forma dels hålen i det första membranet, dels med dessa hål sammanfallande, genomgående hål i det sammanhängande distansskiktet, att som ett andra steg och via de sammanfallande hålen utsätta mot dessa hål frilagda delar av det andra mem- branet för en sådan behandling att det andra membranet 10 15 20 25 30 35 463 654 5 vid dessa frilagda delar förstärks inför ett tredje steg, och att som nämnda tredje steg forma hålen i det andra membranet genom att från det andra membranets från det första membranet vända sida avlägsna väsentligen enbart icke förstärkta delar av det andra membranet, varvid de båda membranen och distansskiktet hålles fixera- de relativt varandra åtminstone från och med det andra steget. Härvid kan man som ett fjärde steg forma de separata distansstöden genom nämnda successiva avlägsning av distansskiktet genom hålen i åtminstone det ena mem- branet. Denna successiva avlägsning kan även helt eller delvis ske tidigare.

I en idag föredragen utföringsform tillverkas mem- branen av kisel och tillverkas distansskiktet av kisel- dioxid. Den förstärkande behandlingen i det andra steget utgöres därvid av en diffusionsprocess, varvid man genom de sammanfallande hålen i det första membranet och dis- tansskiktet inför ett sådant dopämne, t ex bor, som förenat med det andra membranets dopningsbara material, kislet, vid nämnda frilagda delar av det andra membranet förstärker dessa partier mot en efterföljande etsning, vilken utföres i nämnda tredje steg för avlägsnande av icke dopade delar av det andra membranet.

Speciellt gäller att en sådan diffusion åstadkom =s både i djupled och sidled, varigenom det erhålles dopade (dvs förstärkta) partier som sträcker sig i sidled utanför begränsningslinjerna hos nämnda frilagda delar a det andra membranet och in under det första membranets och distansskiktet icke hålförsedda partier. Därigenom får man efter avlägsnandet av icke dopade delar av det andra membranet ett sammanhängande andra membran. Därigenom kan även en inbördes sammanhållning av membranen via distansstöden senare åstadkommas.

Uppfinningen avser också en membranstruktur av inledningsvis angivna slag, vilken i enlighet med det ovan beskrivna framställningssättet enligt uppfinningen kännetecknas av att åtminstone det ena membranet är 463 654 10 15 20 25 30 35 6 tillverkat av ett dopingsbart material, att icke hål- försedda delar av nämnda ena membran är dopade med ett dopämne, och att nämnda distansstöd är tillverkade av annat material än membranen.

Det dopningsbara materialet i nämnda ena membran är lämpligen kisel, och nämnda störämne är lämpligen bor.

Vidare har distansstöden företrädesvis en samman- hållande verkan på membranen. I ett sådant fall krävs ej ytterligare medel för sammanhållning och inbördes fixering av membranen. l De separata distansstöden är företrädesvis så belägna relativt membranens hål, att fria passager är utbildade från hälen i det första membranet, mellan angränsande distansstöd och ut genom hålen i det andra membranet, vilket skall jämföras med de i GB B40 615 visade, fria passagerna mellan "tänderna" hos en och samma fläns.

Andra särdrag, fördelar och användningsområden hos uppfinningen skall nu beskrivas närmare, dels genom en exemplifierande utföringsform av en membranstruktur enligt uppfinningen, dels genom ett exemplifierande sätt att framställa denna membranstruktur, varvid hän- visning göres till bifogade ritningsfigurer.

Fig l är en principiell, starkt förenklad vy uppi- från av en membranstruktur enligt uppfinningen.

Fig 2A och 2B är två tvärsnitt av utbrutna partier mellan dubbellinjer A-A respektive B-B i fig l.

Fig 3A-3D visar schematiskt successiva steg vid tillverkning av en hålmembranstruktur enligt uppfinningen.

Fig 4A och 4B visar schematiskt uppifrån respektive i sektion mellan dubbellinjer B-B i fig 4A ett mellan- stadie vid framställning av separata distansstöd.

Fig 5A och SB visar schematiskt uppifrån respektive i sektion mellan dubbellinjer B-B i fig 5A ett avslutande stadie vid framställning av separata distansstöd.

Fig 6 är en schematisk vy uppifrån av en hålmembran- struktur som är tillverkad enligt principerna i fig 3A-sn, 4A och 4B samt 5A och SB.

Fig 7A och 7B är två tvärsnitt av utbrutna partier l0 15 20 25 30 35 463 654 7 mellan dubbellinjerna A-A respektive B-B i fig 6.

Fig 8 är en utbruten, schematisk vy underifrån av en färdig struktur bestående av hålmembran och ramverk.

Fig 9 är en tvärsektion i större skala av strukturen i fig 8, tagen längs linjen IX-IX i fig 8.

Fig 10A och 10B visar samma tvärsektioner som fig 7A respektive 7B och åskådliggör ett sätt att böja en hålmembranstruktur enligt uppfinningen.

Fig 11A och llB visar samma tvärsektioner som fig 7A respektive 7B och åskådliggör ett annat sätt att böja en hålmembranstruktur enligt uppfinningen.

PRINCIPIELL UPPBYGGNAD: Strukturen i fig 1, 2A och 2B består av två parallella kiselmembran 1 och 2, vilka vart och ett är försett med ett flertal hål 3 respektive 4. Hålen har en diameter på ca. 10 um och är i varje membran anordnade i ett rutmönster med ett centrumavstånd på ca. 20 um, vilket per membran ger ca. 250000 hål/cm2. I fig l är det övre membranets 1 hål 3 ritade med heldragna cirklar och det undre mem- branets 2 hål 4 ritade med brutna cirklar. Fig l visar således att de båda "rutmönstren" är så inbördes för- skjutna, att hålen 3 i det övre membranet l ligger mitt emot icke hålförsedda delar 5 av det andra membranet 2, såsom även visas i fig 2A och 2B.

Membranen 1 och 2 hålles på ett inbördes avstånd på exempelvis 0,01-1 pm av ett flertal separata distans- stöd 6. I enlighet med uppfinningen är dessa distans- stöd tillverkade av annat material än membranen 1 och 2, i detta fall av kiseldioxid. Distansstöden 6, vilka är schematiskt markerade med gråtonade kvadrater i fig 1, är så belägna mellan membranens hål 3, 4 att fria passager eller kanaler 7 är utbildade mellan angränsande distansstöd 6. Detta innebär med andra ord att en gas eller en vätska, såsom visas med pilar i fig 2B, kan strömma in genom hålen i det ena membranet, genom de fria passagerna 7 och ut genom hålen i det andra mem- branet. 463 654 10 15 20 25 30 35 8 Härvid skall det speciellt noteras att om avståndet mellan angränsande distansstöd 6 göres större än avståndet mellan membranen, såsom är fallet i det ovan beskrivna 1 utförandet, så är det distansstödens 6 höjd, dvs. det inbördes avståndet mellan membranen l och 2, som i huvud- sak begränsar flödet genom passagerna 7. Detta gäller exempelvis inte i konstruktionen enligt GB 840 615.

Distansstöden 6 har här även en sammanhållande verkan på membranen 1 och 2, varför inga andra medel krävs för detta ändamål.

De båda membranen l och 2 med de mellanliggande distansstöden 6 vilar på ett ramverk som ger strukturen en tillräcklig mekanisk hållfasthet. Detta ramverk är företrädesvis integrerat med det undre membranet och skall beskrivas närmare i det följande.

PARTIKELFILTER: Efter denna beskrivning av den principiella uppbyggnaden av en membranstruktur enligt uppfinningen inser man att strukturen är användbar som ett synnerligen effektivt partikelfilter. Filtrerings- graden, dvs. hur stora partiklar som filtreras bort från ett flöde (fig 2B) genom strukturen, bestäms av membranens 1, 2 inbördes avstånd, vilket i sin tur bestäms av distansstödens 6 tjocklek eller höjd. Ett ur till- verkningssynpunkt lämplig membranavstånd är ovannämnda 0,01-1 pm. Med den tillverkningsmetod som skall beskrivas nedan kan man för membranavstånd i detta intervall uppnå en noggrannhet på uppskattningsvis l nanometer. Såsom skall beskrivas närmare i det följande kan distansstöden 6 enligt uppfinningen framställas utifrån ett ursprung- ligen sammanhängande distansskikt mellan membranen.

Detta innebär i sin tur att denna filtreringsmetod, där filtreringsgraden är bestämd av en skikttjocklek (distansstöden) i stället för genom en fotolitografisk process, är fördelaktig från tillverkningssynpunkt, eftersom det är mycket lättare att tillverka ett sub- mikront skikt av kiseldioxid med stor noggrannhet än hål av samma storlek genom användning av fotolitografi. 10 15 20 25 30 35 463 654 9 FRAMSTÄLLNING: Ett sätt enligt uppfinningen att framställa en membranstruktur vars principiella utseende har angivits ovan under hänvisning till fig l och 2A, 2B skall nu beskrivas närmare.

Framställningen av membranstrukturen är i huvudsak baserad på dels traditionell halvledarteknik, dels en självregistrerande tvåstegsprocess för (I) inbördes registrering av hålen och (II) bestämning av distans- stödens läge och form. Denna speciella tvåstegsprocess gör det möjligt att med ett enda hålmönster, och utan att förskjuta hålförsedda membran relativt varandra, definiera som ett första steg (I) de inbördes lägena för hålen 3, 4 i membranen och som ett andra steg (II) lägena för de separata dístansstöden 6 mellan membranen.

Utgångsmaterialet (fig 3A) är en kiselskiva (t ex enkristallint kisel) med en tjocklek på t ex 0,2-0,4 mm. Denna skiva skall bilda det andra membranet 2 och nämnda ramverk. På denna kiselskiva 2 avsättes ett skikt 8 av annat material, t ex kiseldioxid, med en tjocklek på ca. 0,01-1 um. Detta skikt 8 utgör ovannämnda distans- skikt och skall senare formas till de separata distans- stöden 6. (I en ej visad variant kan distansstöden 6 även bildas av flera på varandra lagda deldistansskikt, eventuellt i inbördes olika material). Därefter deponeras ett skikt av kisel (polykristallint kisel) ovanpå distans- skiktet 8. Detta övre kiselskikt skall bilda det första hålmembranet l. Därpå bildas ett skyddsskikt 9, t ex i form av ett kiseldioxidskikt, ovanpå kiselskiktet 1.

Genom ett fotolitografisteg (fig 3B) upptages sedan sammanfallande hål 3 i skikten 9, 1 och 8. Hålen i distans- skikten 8 upptages med en kiseldioxidets som inte påverkar den underliggande kiselskivan 2. Hålen 3 i det första membranet 1 är därvid klara.

I nästa steg (fig 3C) införes med hög koncentration ett störämne, bor, genom hålen 3. Närmare bestämt exponeras kiselskivans 2 frilagda ytpartier för en hög koncentration 463 654 10 15 20 25 30 35 10 av bor i gasfas under en i halvledarsammanhang mycket hög temperatur, t ex l200°C. Resultatet av detta blir att bor diffunderar in i partierna 5. Diffusionen sker både i djupled och i sidled. Närmare bestämt medför diffusionen i sidled att det bildas dopade områden även under det översta kiselskiktets l och distansskiktets 8 icke hålförsedda partier. De icke dopade områdena 10 hos kiselskivan 2 skall senare bilda hålen 4 i det undre membranet 2.

Skälet till att den undre kiselskivan 2 dopas med bor är att en hög koncentration av bor i kisel kraftigt reducerar (t ex med en faktor 1000) etshastigheten i kisel för vissa typer av kiseletser. Graden av dopning kan variera från fall till fall, men allmänt gäller att dopningen är betydligt kraftigare än den n- och p-dopning som traditionellt utföres vid framställning av elektroniska halvledarkomponenter.

Eftersom en kraftig bordopning av kisel även kan medföra en reducerad hållfasthet eller sprickbildningar i kislet, har det visat sig vara föredraget att bilda nämnda skyddsskikt 9 ovanpå det övre kiselskiktet 1 för att det sistnämnda inte skall få en försämrad mekanisk hållfasthet genom en alltför kraftig bordopning. En viss bordopning av det övre membranet l kan dock vara önskvärd. Om strukturen skall användas i sådana sammanhang som kräver elektriskt ledande egenskaper hos membranen, så bidrager en bordopning nämligen till en önskad, förhöjd -elektrisk ledningsförmåga. Graden av dopning blir natur- ligtvis bl a beroende på tjockleken hos skyddsskiktet 9.

Under hänvisning till fig 3B och 3C kan det även noteras att de separata distansstöden 6 ännu ej är färdig- bildade i dessa figurer.

Efter bordopningssteget i fig 3C följer en andra kiseletsning, där man genom en ramverksdefinierande mask etsar kiselskivan 2 underifrån i fig 3D. Eftersom kiseletshastigheten reduceras till nästan noll för mycket höga bordopningskoncentrationer ("boron etch-stop"), 10 15 20 25 30 35 465 654 ll påverkas områdena 5 ej av denna kiselets, varemot de icke-dopade områdena 10 i kiselskivan 2 avlägsnas genom denna kiselets. Genom att man använder en ramverksdefi- nierande mask på kiselskivans 2 "baksida" erhåller man vid denna kiselets dessutom ett med det andra membranet 2 integrerat ramverk ll, vars utseende framgår av fig 8 och 9.

Efter denna andra kiselets erhålles en struktur med det utseende som visas i fig 3D. Såsom framgår av denna figur definieras lägena för hålen 4 i det andra membranet 2 utifrån lägena hos hålen 3 i det första membranet 1. Detta innebär således att membranen 1 och 2 aldrig behöver förskjutas i förhållande till varandra efter det att de har försetts med hål. Detta innebär också att de två "rutmönster" som hålen 3 respektive 4 ligger i blir exakt förskjutna i förhållande till varandra. Med andra ord kommer hålen 4 alltid att ligga exakt mitt emellan hålen 3.

Vad gäller distansskiktet 8 kan det också noteras att detta skikt fortfarande är så pass intakt i fig 3D att några fria passager mellan hålen 3 och 4 ännu ej föreligger.

När nu både hålen 3 i membranet 1 och hålen 4 i membranet 2 är bildade, återstår endast formningen av de separata distansstöden 6. Hur detta kan göras skall nu beskrivas närmare under hänvisning till fig 4A, 4B och fig 5A,_5B.

De separata distansstöden 6 formas genom att den kiseldioxid 8 som ligger åtkomlig genom hålen 3 och 4 successivt avlägsnas med en vätskeets. I det visade utförandet i fig 4 och 5 utsättes båda sidor hos struk- turen för denna vätskeets, men det är även tänkbart att etsning utföres enbart från ena sidan. I fig 4A har etsningen av distansskiktet 8 pågått en viss tid, men har ännu ej avslutats. Etsningen har fortskridit i sidled till en "etsgräns" som i fig 4A är markerad med cirklar 12 med avseende på etsningen via hålen 3 463 654 10 15 20 25 30 35 12 och med cirklar 13 med avseende på etsningen genom hålen 4. Såsom framgår av fig 4B, som är en utbruten sektion mellan dubbellinjerna B-B i fig 4A, har cirklarna 12 och 13 ännu ej mötts, vilket innebär att distansskiktet 8 fortfarande hänger samman som en enhet, utan att bilda några fria passager genom strukturen.

Underetsningen av distansskiktet 8 avbrytes när cirklarna 12, 13 i fig 4A möts, dvs. när de båda under- etsområdena möts. Fria passager 7 (jämför fig 2B) har då erhållits mellan distansskiktets 8 återstod, som nu bildar de separata distansstöden 6. En fri flödesväg föreligger således genom membranen, såsom àskådliggöres med pilar i fig SA och 5B, samtidigt som distansstöden 6 håller membranen l och 2 på ett konstant, exakt förut- bestämt inbördes avstånd.

I fig 6 samt fig 7A och 7B visas ett mera realistiskt utseende av den färdiga strukturen, jämfört med den principiella struktur som tidigare åskådliggjorts i fig 1 samt fig 2A och 2B. Såsom framgår av fig 6 blir hålen 4 i det andra membranet 2 inte fullständigt cir- kulära, utan snarare kvadratiska. Orsaken till detta är att varje sådant hål 4 omges av fyra symmetriskt fördelade dopningsområden 5. Av fig 7A, som är en ut- bruten sektion mellan dubbellinjerna A-A i fig 6, framgår tydligt hur det andra membranet 2 är uppbyggt av dopade områden 5 som överlappar varandra och sammanhålles vid områden 14 under distansstöden 6.

Det skall här nämnas att framställningen av hålen 4 i det andra membranet 2 kan genomföras på andra sätt än det ovan beskrivna. En variant är i stället diffundera in fosfor genom det första membranets l hål 3 och att låta detta fosfor tränga in i en bordopad, kristallin kiselskiva 2. Med hjälp av en särskild kiselets och en pålagd spänning mellan etsvätska och kiselskivan 2 etsas det genom baksidesmasken åtkomliga, bordopade kislet, medan det fosfordopade området lämnas intakt. 10 15 20 25 30 35 463 654 13 Utseendet hos slutresultatet blir väsentligen detsamma som beskrivits ovan.

Praktiska tillämpningar Den uppfinningsenliga membranstrukturen och sättet att tillverka densamma har nu beskrivits genom ett före- draget utförande. Även om uppfinningstanken, såsom denna är definierad i bifogade patentkrav, ej är beroende av tillämpningsområdet för uppfinningen kan det dock finnas anledning att nämna några applikationer på upp- finningen. Ovan har redan beskrivits användningen av hålmembranstrukturen som partikelfilter.

En annan tänkbar tillämpning är att använda membran- strukturen som en ventil för reglering av ett gas- eller vätskeflöde genom strukturen. Vid en sådan tillämpning är strukturen så utformad att det ena hålmembranet l kan böjas mot det andra hålmembranet 2 för reglering av storleken på de fria passagerna 7. Den för flödes- regleringen nödvändiga membrannedböjningen kan exempel- vis åstadkommas pá det sätt som visas i fig 10A och l0B. I dessa figurer är de båda hålmembranen l och 2 tillverkade av ett elektriskt ledande material (t ex bordopat kisel), medan distansmaterialet är elektriskt oledande, och är en elektrisk spänning (i storleksord- ningen 5-10 V) anbringad över membranen 1 och 2. Därigenom uppstår en elektrostatisk kraftverkan mellan membranen l och 2 som får dessa att dras mot varandra så att flödet stryps i en grad som svarar mot storleken på den pålagda spänningen.

Ett annat sätt att åstadkomma en dylik membranned- böjning är att tillverka exempelvis det första hålmem- branet 1 av två lager la och lb av olika material med olika termisk längdutvidgningskoefficient, varvid dessa två lager är så inbördes anordnade att det första mem- branet 1 böjs mot det andra membranet 2 vid exempelvis upphettning. Upphettningen av membranen kan t ex ske genom att man låter en elektrisk ström gå genom ett 463 654 10 15 20 25 30 35 14 av eller båda membranen 1 och 2.

Den beskrivna strukturen kan även användas som en detektor för laddade partiklar. Om en fluid av något slag ledes in mellan de båda hålmembranen l och 2 kan man genom att kontinuerligt mäta kapacitansen mellan hålmembranen 1, 2 få ett mått på den mängd elektriskt laddade eller polära partiklar som passerar genom struk- turen. Man kan med denna mätmetod således mäta dielek- tricitetskonstanten.

Ett annat tänkbart användningsområde för membran- strukturen är ämnesbestämning och koncentrationsmätning.

De båda membranen 1 och 2 ligger så pass nära varandra att det är möjligt att med en yttre, över de båda mem- branen pålagd elektrisk spänning skapa tillräckligt höga elektriska fält för att jonisera eller på annat sätt skapa elektriskt laddade partiklar. Den härför erforderliga spänningen beror på vilket ämne som passerar genom strukturen. Detekteringen av de elektriskt laddade partiklarna sker genom att man mäter den elektriska kapacitansen mellan membranen 1, 2, samtidigt som dessa pålägges nämnda elektriska spänning. Detta mätförfarande är baserat på hypotesen att ett ämne som passerar genom strukturen har en lägsta elektrisk spänning vid vilken elektriskt laddade partiklar bildas. Om man registrerar vid vilken spänning en signifikant förändring av kapa- citansen uppträder kan man bestämma vilket ämne som passerar mellan membranen l, 2. Kapacitansskiftet blir samtidigt ett mått på koncentrationen av ämnet.

Ytterligare en tänkbar tillämpning på hålmembran- strukturen enligt uppfinningen är användning som flödes- sensor. I stället för att lägga på en konstant elektrisk spänning över membranen, såsom beskrivits ovan, kan man lägga på elektriska spänningspulser över de båda hålmembranen. Om spänningspulserna är tillräckligt kraf- tiga, vilket exempelvis kan åstadkommas genom att dessa överlagras en konstant spänning, kan man skapa elektriska laddningar som därefter kan detekteras genom kapacitans- 10 15 20 25 30 35 463 654 15 mätning. Ju högre gas- eller vätskeflödet genom strukturen är desto snabbare kommer den av varje spänningspuls inducerade kapacitansförändringen att återgå till det ursprungliga kapacitansvärdet i och med att de skapade elektriska laddningarna passerar genom och ut ur struk- turen. Kapacitansförändringen per tidsenhet blir då ett mått på flödeshastigheten genom strukturen. Det maximala kapacitansskiftet och den tid det tar att åter- ställa kapacitansen efter varje spänningspuls kan ut- nyttjas för bestämning av flödeshastigheten och den ämnesmängd som passerar genom strukturen. Det är genom användning av elektrisk återkoppling möjligt att erhålla en utsignal vars frekvens är relaterad till någon av storheterna flödesmängd eller flödeshastighet.

Det skall också nämnas att eftersom den idag före- dragna utföríngsformen av membranstrukturen är tillverkad av kisel och kiseldioxid, så kan strukturen tåla mycket höga temperaturer, över 1000 C°, samt aggressiva omgiv- ningsförhàllanden, såsom syror och lösningsmedel. Detta är en stor fördel både vad gäller den aktiva användningen av strukturen som rengöringen av densamma.

Såsom nämnts ovan under rubriken FRAMSTÄLLNING är det också möjligt att utföra den succesiva avlägsningen av distansmaterial genom endast det första membranets l hål 3. I en variant till det ovan beskrivna framställ- ningssättet utföres hela den succesiva avlägsningen av distansmaterial innan hålen 4 i det andra membranet 2 skapas. I en sådan variant avlägsnas distansmaterial ett stycke in i de områden vid vilka hålen 4 i det andra membranet 2 senare skall bildas. När dessa hål 4 sedan formas, kommer det att vid dessa friläggas vissa delar av det återstående distansmaterialet. Dessa frilagda delar av distansskiktet fungerar ej som distansstöd mellan membranen, eftersom de endast har kontakt med det ena membranet. Däremot kommer dessa frilagda, åter- stående delar av distansmaterialet att binda samman de separata distansstöden 6, vilka har kontakt med båda 463 654 16 membranen. Benämningen “separata distansstöd“ skall alltså genomgående tolkas i den meningen, att de åter- stående delar av distansmaterialet som har kontakt med Qšda membranen, dvs distansstöden 6, inte har direkt- 5 kontakt med varandra. Inom benämningen "separata" faller enligt uppfinningen dock den variant där de "separata distansstöden" kan ha kontakt med varandra via övrigt återstående distansmaterial, som ej fungerar som distans- stöd.

Claims (12)

u-.-1y14_-,f-f..hwv ->~ V 10 15 20 25 30 463 654 17 PATENTKRAV
1. l. Sätt att framställa en membranstruktur, vilken innefattar dels två parallella membran (l, 2), som båda är försedda med ett flertal genomgående hål (3, 4), varvid hålen (3) i ett första av membranen är anordnade mittemot icke hålförsedda delar (5) hos det andra mem- branet (2), dels ett flertal separata distansstöd (6) mellan membranen (1, 2) för upprätthållande av ett in- bördes avstånd dem emellan, k ä n n e t e c k n a t av att ett sammanhängande distansskikt (8) i annat material än membranen (1, 2) och med en förutbestämd tjocklek, som svarar mot nämnda inbördes avstånd, anordnas mellan membranen och att distansskiktet (8) avlägsnas successivt genom hålen (3, 4) i åtminstone det ena membranet, så att det i distansskiktet (8) hos den färdiga strukturen bildas frilagda passager (7) mellan hålen (3) i det första membranet (1) och hålen (4) i det andra membranet (2) och så att återstoden av nämnda distansskikt (8) bildar nämnda distansstöd (6).
2. 2. Sätt enligt kravet l, k ä n n e t e c k n a t av att de frilagda passagerna (7) ges en minsta bredd, sett parallellt med membranen, som är större än nämnda inbördes avstånd mellan membranen.
3. 3. Sätt enligt kravet l eller 2, k ä n n e t e c k - n a t av åtgärderna att som ett första steg (fig 3B) forma dels hålen (3) i det första membranet (l), dels med dessa hål sammanfallande, genomgående hål i det sammanhängande distansskiktet (8), att som ett andra steg (fig 3C) och via de sammanfallande hålen (3) utsätta mot dessa hål frilagda delar (5) av det andra membranet (2) för en sådan behandling att det andra membranet (2) vid dessa frilagda delar (5) förstärks inför ett tredje steg, och att som nämnda tredje steg (fig 3D) forma hålen (4) i det andra membranet (2) genom att från det andra membranets (2) från det första membranet 465 654 10 15 20 25 30 35 18 (1) vända sida avlägsna väsentligen enbart icke förstärkta delar (10) av det andra membranet (2), varvid de båda membranen (l, 2) och distansskiktet (8) hâlles fixerade relativt varandra åtminstone från och med det andra steget.
4. 4. Sätt enligt kravet 3; k ä n n e-t e c k n a t av åtgärden att som ett fjärde steg (fig 4 och 5) färdig- ställa de separata distansstöden (6) genom nämnda succes- siva avlägsning av distansskiktet (8).
5. 5. Sätt enligt kravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k - n a t av att det andra membranet (2) tillverkas av ett dopningsbart material (Si), att den förstärkande behandling som utföres i det andra steget består i att via de sammanfallande hålen (3) exponera mot dessa hål _ frilagda ytpartier av det andra membranet (2) för sådant dopämne (B) som förenat med det dopningsbara materialet i det andra membranet (2) förstärker detta mot en efter- följande etsning, varvid det genom denna exponering åstadkommes en diffusion i både djupled och sidled i delar (5) av det andra membranet (2) invid nämnda frilagda ytpartier, och att den formning av det andra membranets (2) hål (4) som utföres i nämnda tredje steg består i att genom nämnda etsning avlägsna icke dopade delar (10) av det andra membranet (2).
6. 6. Sätt enligt något av kraven 1-5, k ä n n e - t e c k n a t av att ett av eller båda membranen (1, 2) tillverkas av kisel.
7. 7. Sätt enligt något av kraven l-6, k ä n n e - t e c k n a t av att distansskiktet (8) respektive distansstöden (6) tillverkas av kiseldioxid.
8. 8. Membranstruktur, innefattande dels två parallella membran (1, 2), som båda är försedda med ett flertal genomgående hål (3, 4), varvid hålen (3) i ett första av membranen (1) är anordnade mitt emot icke hålförsedda delar (5) av det andra membranet (2), dels ett flertal separata, mellan membranen (l, 2) anordnade distansstöd (6) för upprätthållande av ett inbördes avstånd mellan 10 15 20 463 654 19 membranen, k ä n n e t e c k n a d av att åtminstone det ena membranet (2) är tillverkat av ett dopingsbart material, att icke hålförsedda delar (5) av nämnda ena membran (2) är dopade med ett störämne, och att nämnda distansstöd (8) är tillverkade av annat material än membranen (1, 2).
9. 9. Membranstruktur enligt kravet 8, k ä n n e - t e c k n a d av att det dopningsbara materialet i nämnda ena membran (2) är kisel.
10. 10. Membranstruktur enligt kravet 8 eller 9, k ä n - n e t e c k n a d av att nämnda störämne är bor.
11. ll. Membranstruktur enligt nágot av kraven 8-10, k ä n n e t e c k n a d av att distansstöden (6) har en sammanhållande verkan på membranen (l, 2).
12. 12. Membranstruktur enligt något av kraven 8-ll, k ä n n e t e c k n a d av att de separata distansstöden (6) är så belägna relativt membranens hål (3, 4), att fria passager (7) är utbildade från hålen (3) i det första membranet (1), mellan angränsande distansstöd (6) och ut genom hålen (4) i det andra membranet (2).