This work was supported by the Natural Science and Engineering Research Council of Canada (Discovery Grant No. 122795-2010) and the program of the Canada Research Chair in Quantum Semiconductors (JJD). The help provided by Xiaohuan Xuang, Mohamed Walid Hassen and technical assistance of Sonia Blais of the Universit&#233; de Sherbrooke Centre de caract&#233;risation de mat&#233;riaux (CCM) in collecting XPS data are greatly appreciated. NL acknowledges the Merit Scholarship Program for Foreign Student, Fonds de recherche du Qu&#233;bec - Nature et technologies, for providing a graduate student scholarship.

1. Probenvorbereitung <ol><li> Verwenden eine diamode Schreiber, eine n-Typ zu spalten (P-dotiert) einseitig polierten Si-Wafer (spezifischer Widerstand 3,1 ~ 4,8 Ω.m), die 3 Zoll im Durchmesser, 380 um dick, in Proben von 12 mm x 6 mm; Reinigen der Proben in Opticlear, Aceton und Isopropylalkohol (5 min für jeden Schritt). </li><li> Etch Proben in einem ~ 0,9% HF-Lösung für 1 min wegzuätzen anfänglichen Oxid; Spülen in DI-Wasser und trocken in hoher Reinheit (99,999%), Stickstoff (N 2). </li><li> Shop hergestellten Proben in N 2 Tasche, um ihre Oxidation an Luft zu bändigen. </li></ol> 2. Bestrahlen Proben von ArF (λ = 193 nm) und KrF (λ = 248 nm) Laser. <ol><li> Prüfmuster in einer 0,74 mm hoch Kammer und versiegeln die Kammer mit einem Quarzglasfenster, das eine hohe Transmission im UV (≥90%) hat. Füllen Sie die Kammer mit H 2 O 2 / H 2 O-Lösung im Bereich von 0,01 bis 0,2% oder mit entgastem methanol mit einem mikrofluidischen Kanal. </li><li> Bestrahlen Proben homogenisiert ArF- oder KrF-Laser bei Verkleinerung von 2,6 bzw. 1,8. Bestrahlen nur 2 Seiten auf jeder Probe durch Erhöhen Laserpulse von 100 bis 600 in Schritten von 100 Impulsen durch eine kreisförmige Maske (4 mm im Durchmesser). Bestrahlen der Proben in der gleichen Weise mit einem &quot;Ahornblatt&quot; (9 mm x 7,2 mm) Maske. </li><li> Rinse Proben in DI-Wasser, trocken mit N 2 bündig; legen Sie die Proben in einem verschlossenen Behälter, dann schnell diese Behälter zu füllen mit N 2, um die Exposition gegenüber Luft vor weiteren Versuchen zu vermeiden. </li></ol> 3. Immobilisierung von Bio-konjugierten Nanokugeln <ol><li> Verdünnte Biotin-konjugiertem Fluorescein gefärbt und 40 nm Durchmesser in Nanosphären pH 7,4 Phosphat-gepufferter Saline (PBS, 1x) Lösung bis 10 12 Partikel / ml bei Raumtemperatur (~ 25 ° C). Tauchen ArF oder KrF-Laser bestrahlten Proben für 2 &amp;# 160; hr in diese Lösung bei RT. </li><li> Waschproben mit PBS auf physikalisch gebundenem Fluorescein gefärbten Nanokügelchen an der Oberfläche zu beseitigen. </li></ol> 4. Oberflächencharakterisierung <ol><li> Kontaktwinkel (CA) Mess <ol><li> Führen Sie statische CA Messungen mit einem Winkelmesser in einem Umfeld von RT und Umgebungsfeuchte. </li><li> Beschäftigen hochreinem entionisiertem Wasser (spezifischer Widerstand 17,95 M &amp; Omega; · cm) in einer Mikrospritze; erzeugen ähnliches Volumen (~ 5 &amp; mgr; l) Tropfen auf die Probenoberfläche durch Absenken des Mikrospritze auf eine ähnliche Höhe für jede Messung. </li><li> Erfassen und speichern die Wassertropfen Profilbilder von CCD-Kamera mit Software. Messung unabhängig 4 verschiedene Standorte mit gleichen Bestrahlungsbedingungen. </li><li> Schätzung und der Mittelwert der CA-Werte in Drop-Analysemodul von ImageJ-Software; laden Sie das Bild und ändern Sie es in Graustufen; starten Sie das Plugin Dropsnake; setzen etwa ein paar Knoten an der Tropfenkontur (~ 10 Knoten) von links nachRecht, Schlange zu initialisieren; nehmen die Kurve Verbinden dieser Knoten und entwickeln sich die Kurve durch Drücken Schlange Taste. Hinweis: Kontaktwinkel sind in dem Bild und der Tabelle angezeigt. </li></ol></li><li> XPS-Messung <ol><li> Untersuchen Oberfläche chemische Modifikation mit einem XPS-Spektrometer (1x10 -9 Torr Basisdruck) mit einem Al-Ka Quelle arbeitet bei 150 W ausgestattet: <ol><li> Laden Sie die Proben in die Vakuumkammer. </li><li> Erwerben Sie die Oberfläche Umfragedaten in konstanten Energiearten 50 eV Pass Energie von einer Fläche von 220 um x 220 um. </li><li> Erwerben Sie hochauflösende Scans von Daten aus dem gleichen Untersuchungsgebiet bei 20 eV übergeben Energie. </li></ol></li><li> Prozess XPS-Spektren Daten mit XPS-Spektren Quantifizierungssoftware, wie verwiesen 25,26. </li></ol></li><li> Fluoreszenzmikroskop Bildgebung <ol><li> Excite Proben, die durch Maske &quot;Ahornblatt&quot; bestrahlt und Buntnanokugeln Fluorescein ausgesetzt waren, unter Verwendung voneine blaue Lichtquelle (λ = 450 ~ 490 nm). </li><li> Beobachten fluoreszierenden Bildern, Emission bei 515 nm mit einem Fluoreszenz-Umkehrmikroskops in Vergrößerung 4X. </li><li> Prägen die Oberflächenmorphologie dieser Proben mit AFM, wie verwiesen. 27 </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Wir haben ein Protokoll des UV-Laser-Bestrahlung des Si-Wafer in einem mikrofluidischen Kammer mit niedriger Konzentration von H 2 O 2 Lösung gefüllt, um eine superhydro Si-Oberfläche, die im Wesentlichen zu induzieren aufgrund der Erzeugung von Si-OH vorgeschlagen. UV Laserphotolyse H 2 O 2 sollte negativ geladenen OH bilden - Radikalen. Außerdem führt UV-Laserphotoeffekt zur Ausbildung eines positiv geladenen Oberfläche 37. Daher ist die Wechselwirkung dieser negativen...

Die bemerkenswerten elektronischen und chemischen Eigenschaften sowie die hohe mechanische Festigkeit haben, Silizium (Si) eine ideale Wahl für mikroelektronische Bauelemente und biomedizinische Chips 1 gemacht. Selektives Steuerung der Si-Oberfläche hat erhebliche Aufmerksamkeit für Anwendungen, die mikrofluidische und Lab-on-Chip-Bausteine ​​2,3 .Diese wird häufig entweder durch nanoskalige Modifikation der Oberflächenrauhigkeit oder durch chemische Behandlung der Oberfläche 4 erhalten. Die Oberfläche Aufrauen oder Mustern zu ungeordneten oder geordneten Oberflächenstrukturen auf der Si-Oberfläche zu erzeugen sind Photolithographie 5, Ionenstrahl-Lithographie 6 und Lasertechniken 7. Im Vergleich zu diesen Verfahren wird Laseroberflächenstrukturierung Prozess gemeldet weniger kompliziert mit dem Potenzial, Mikrostrukturen mit hoher räumlicher Auflösung 8 herzustellen sein. Da Si eine erhöhte Texturierung Schwellenwert erfordern Bestrahlung mit Pulsfluenz uminduzieren Oberflächentexturierung über seine Abtrageschwelle (~ 500 mJ / cm 2) 9 hat Texturierung der Si-Oberfläche häufig durch Verwendung reaktiver Gasatmosphäre, wie die von einem Hochdruck-SF6 Umgebung 4,7,8 unterstützt worden. Folglich, um die Benetzbarkeit der Si-Oberfläche zu modifizieren, wurden zahlreiche Arbeiten über chemische Behandlung durch Abscheiden von organischen und anorganischen Schichten 10 2, oder unter Verwendung von Plasma oder Elektronenstrahl-Oberflächenbehandlung 11,12 konzentriert. Es ist, dass die Hydrophilie von Si aus der Existenz von singulären und zugehörige OH-Gruppen auf seiner Oberfläche Ursprung könnte durch Kochen in einer H 2 O 2 -Lösung bei 100 ° C für mehrere Minuten 13 erreicht werden erfasst. Jedoch die hydrophoben Si Oberflächenzustände, von denen die meisten aufgrund der Anwesenheit von Si-H oder Si-O-CH 3 Gruppen sind, können durch nasschemische Behandlung mit Ätzen mit HF-Lösung oder einer Beschichtung mit einem Photoresist 13 erreicht werden-15. Zur selektiven Bereichssteuerung der Benetzbarkeit von Si zu erreichen, sind komplexe Strukturierungsschritte in der Regel erforderlich, einschließlich der Behandlung in chemischen Lösungen 16. Die hohe chemische Reaktivität von UV-Laserstrahlung hat auch zu selektiven Bereich Prozess organischen Film beschichteten festen Substrate verwendet wurden und ihre Benetzbarkeit 17 ändern. Jedoch ist eine begrenzte Menge von Daten über die lasergestützte Modifikation Si Benetzbarkeit durch Bestrahlung von Proben in verschiedenen chemischen Lösungen getaucht erhältlich. In unserem früheren Forschung wurde UV-Laser-Bestrahlung von III-V-Halbleiter in Luft 18-20 und NH 3 21 erfolgreich verwendet, um die chemische Oberflächenzusammensetzung GaAs, InGaAs und InP verändern. Wir haben festgestellt, dass die UV-Laserbestrahlung von III-V-Halbleitern in deionisiertem (DI) Wasser senkt die Oberflächenoxide und Carbide, während das Wasser auf Halbleiteroberfläche adsorbiert erhöht 22. Ein stark hydrophoben Si-Oberfläche (CA ~ 103 °) wurde durch ArF Laserbestrahlung von Si-Proben in Methanol bei unseren letzten Arbeiten 23 erhalten. Wie durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) zeigte, ist dies vor allem auf die Fähigkeit des ArF-Lasers, um CH 3 OH photodissociate. Wir haben auch KrF- und ArF-Lasern auf Si (001) in einer 0,01% igen H 2 O 2 in DI-Wasser zu bestrahlen. Dies erlaubte uns, Selektives Bildung von superhydrophilen Oberfläche des Si (001), gekennzeichnet durch die CA in der Nähe der 15 ° erzielen. Die XPS-Ergebnisse legen nahe, dass diese aufgrund der Erzeugung von Si-OH-Bindungen auf der bestrahlten Oberfläche 24 ist. Eine detaillierte Beschreibung dieser neuen Technik mit KrF- und ArF-Lasern zur selektiven Bereich in situ Modifizierung der hydrophilen / hydrophoben Oberfläche der Si-Oberfläche in geringer Konzentration von H 2 O 2 / H 2 O und Methanol-Lösungen wird in diesem Artikel gezeigt. Die hier gemachten Angaben sollten ausreichendamit ähnliche Experimente, die von interessierten Forschern durchgeführt werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>fluorescein stained nanospheres</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>F8795</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OptiClear</td>
			<td>National Diagnostics</td>
			<td>OE-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ArF laser (&#955;=193 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KrF laser (&#955;=248 nm)</td>
			<td>Lumonics</td>
			<td>pulse master 800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS</td>
			<td>Kratos Analytical</td>
			<td>AXIS Ultra DLD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescence microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XPS quantitification software</td>
			<td>CasaXPS</td>
			<td>2.3.15</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment

Die Benetzbarkeit von Silizium (Si) ist einer der wichtigsten Parameter bei der Technologie der Oberflächen Funktionalisierung dieses Materials und Herstellung von Biosensor-Geräten. Wir berichten über ein Protokoll mit KrF- und ArF-Laser bestrahlt Si (001) Proben in einer flüssigen Umgebung mit geringer Anzahl von Impulsen eingetaucht ist und bei mäßig niedrigen Impuls Fluenzen Si Benetzbarkeit Modifizierung zu induzieren. Wafer für bis zu 4 h eingetaucht in 0,01% H 2 O 2 / H 2 O Lösung nicht messbare Veränderung ihrer Anfangskontaktwinkel (CA) ~ 75 ° zu zeigen. Jedoch die 500-Puls-KrF- und ArF-Laser-Bestrahlung eines solchen Wafer in einer Mikrokammer mit 0,01% H gefüllt 2 O 2 / H 2 O-Lösung bei 250 und 65 mJ / cm 2 sind, hat die CA nahe 15 ° verringert wird, was die Bildung einer superhydrophile Oberfläche. Die Bildung von OH-terminierten Si (001), ohne messbare Veränderung der Waferoberflächenmorphologie besitztwurde durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Rasterkraftmikroskopie-Messungen bestätigt. Die selektive Bereichs bestrahlten Proben wurden dann in einem biotinkonjugierten Fluorescein gefärbten Nanosphären Lösung für 2 Stunden eingetaucht, was zu einer erfolgreichen Immobilisierung von Nanokugeln in dem nicht-bestrahlten Bereich. Dies zeigt das Potential des Verfahrens zur selektiven Bereichs Biofunktionalisierung und Herstellung von fortschrittlichen Si-basierten Biosensor-Architekturen. Wir, die bei Impuls Fluenz von 65 mJ beschreiben auch ein ähnliches Protokoll der Bestrahlung von Wafern in Methanol (CH 3 OH) eingetaucht, mit einem ArF-Laser / cm 2 und in situ-Bildung eines stark hydrophoben Oberfläche von Si (001) mit dem CA-103 °. Die XPS-Ergebnisse zeigen, ArF Laser induzierte Bildung von Si (OCH 3) x Verbindungen verantwortlich für die beobachtete Hydrophobizität. Es wurden jedoch keine solchen Verbindungen, die durch XPS der Si-Oberfläche durch KrF-Laser in Methanol bestrahlt gefunden, was zeigt,die Unfähigkeit der KrF-Laser, um Methanol photodissociate und schaffen -OCH 3 Reste.

Diese repräsentative Ergebnisse haben in unseren bisherigen Veröffentlichungen 23,24 präsentiert. Abbildung 1 zeigt die CA vs. N (Anzahl der Impulse) auf Websites von KrF-Laser bei 250 mJ / cm 2 bestrahlt in DI H 2 O für verschiedene Konzentrationen von H 2 O 2 / H 2 O-Lösungen (z. B. 0,01, 0,02, 0,05 und 0,2%). Die CA nimmt mit zunehmender Impulszahl für die gesamte H 2 O 2 -Lösungen. Die minimale CA (~ 15 °) für die 0,...

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Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

Wir berichten von einem Verfahren der in situ Veränderung der HF behandelt Si (001) -Oberfläche in einer hydrophilen oder hydrophoben Zustand durch Bestrahlen Proben in Mikrofluidkammern mit H 2 O 2 / H 2 O-Lösung (0,01% -0,5%) oder Methanol-Lösungen gefüllt mittels gepulster UV-Laser mit einer relativen niedrigen Impulsfluenz.

Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

selective-area-modification-silicon-surface-wettability-pulsed-uv

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8.2K Aufrufe.  Université de Sherbrooke.  Wir berichten von einem Verfahren der in situ Veränderung der HF behandelt Si (001) -Oberfläche in einer hydrophilen oder hydrophoben Zustand durch Bestrahlen Proben in Mikrofluidkammern mit H 2 O 2 / H 2 O-Lösung (0,01% -0,5%) oder Methanol-Lösungen gefüllt mittels gepulster UV-Laser mit einer relativen niedrigen Impulsfluenz. 