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. Numune Hazırlama <ol><li> (P-katkılı), bir tarafı Si gofreti cilalı bir n-tipi yanlması için bir diamode bir çubuk kullanarak (direncine 3,1 ~ 4,8 Ω.m) çapı 3 inç, 12 mm x 6 mm numuneler halinde, 380 mikron kalınlığında; OptiClear, aseton ve izopropil alkol (her adım için 5 dakika) örnekleri temizleyin. </li><li> 1 dk İlk oksit uzak etch için ~% 0.9 HF çözeltisi içinde aşındırma örnekler; (N2) DI su ile durulayın ve yüksek saflıkta (% 99.999), azot kuru. </li><li> N 2 torbada saklayın hazırlanan numuneler havada kendi oksidasyonu frenlemek için. </li></ol> ArF (λ = 193 nm) ve KrF (λ = 248 nm) Lazerler ile 2. ışın tedavisi Örnekleri. <ol><li> Place 0.74 mm uzunluğunda odasında örnekler ve daha sonra UV yüksek iletim (≥90%) sahip bir erimiş silika pencere ile odasını mühür. H% 0.01-0.2 aralığı içinde ya da gazı giderilmiş Metha 2 O 2 / H2O çözeltisi bölmesini doldurmaknol mikroakışkan kanal kullanılarak. </li><li> Sırasıyla 2.6 ve 1.8 demagnification de homojenize ArF veya KrF lazerler ile örnekleri ışın tedavisi. Dairesel bir maske (çapı 4 mm) ile 100 darbe aşama 600 100&#39;den lazer impulslarından arttırarak her bir numune, sadece 2 mahalline ışın tedavisi. Bir &quot;akçaağaç yaprağı&quot; (9 mm x 7.2 mm) maske ile aynı şekilde örnekleri ışın tedavisi. </li><li> N 2 floş kuru DI suda durulayın örnekleri; daha sonra hızlı bir şekilde daha fazla deney öncesinde havaya maruz kalmasını önlemek amacıyla, N2 ile doldurun, ağzı kapalı bir kap içinde örnekleri yer. </li></ol> 3. Hareketsizleştirme Bio-konjuge nanosferler <ol><li> PH 7,4 fosfat tamponlu tuzlu su (PBS, 1X) oda sıcaklığında 10 12 parçacık / ml solüsyon, biyotin-konjuge ve floresein lekeli 40-mil çaplı nanoküre seyreltin (~ 25 ° C). 2 için ArF veya KrF lazer ışınlanmış örnekler daldırın# 160; oda sıcaklığında, bu çözelti içinde sa. </li><li> PBS ile yıkayın örnekleri yüzeyde fiziksel olarak bağlı floresein lekeli nanokürecikler ortadan kaldırmak için. </li></ol> 4. Yüzey Karakterizasyonu <ol><li> Temas açısı (CA) ölçümü <ol><li> RT ve ortamdaki nem ortamında bir gonyometre ile statik CA ölçümleri yapın. </li><li> Bir mikro şırınga yüksek saflıkta DI su (özdirenç 17.95 M? · Cm) İstihdam; Benzer hacmi oluşturmak (~ 5 ul), her ölçüm için de benzer bir yüksekliğe mikro şırınga düşürerek numune üzerindeki düşer. </li><li> Yakalama ve su yazılımı ile CCD kamera tarafından profil görüntüleri damla kaydedin. Aynı ışınlama şartlarına bağımsız 4 farklı sitelere ölçün. </li><li> Tahmin ve ImageJ yazılım açılan analiz modülü CA değerleri ortalama; resim yüklemek ve gri tonlama içine değiştirmek; eklenti Dropsnake başlatmak; soldan açılan kontür (~ 10 knot) kabaca birkaç knot yerleştirmekSağ yılanı başlatmak için; Bu knot bağlayan eğri kabul ve yılan düğmesine basarak eğriyi gelişmeye. Not: temas açıları görüntü ve tabloda görüntülenir. </li></ol></li><li> XPS ölçümü <ol><li> 150 W çalışan bir Al Ka kaynağı ile donatılmış bir XPS spektrometre (1x10 -9 Torr taban basıncı) ile yüzey kimyasal modifikasyon araştırın: <ol><li> Vakum odasına örnekleri yükleyin. </li><li> 220 mikron x 220 mikron bir alanda 50 eV geçiş enerjisinin sürekli enerji modlarında yüzey araştırması verilerini edinin. </li><li> 20 eV enerji geçmesi aynı analiz alandan yüksek çözünürlüklü taramalar veri elde. </li></ol></li><li> 25,26 başvurulan olarak Süreç, XPS spektrumları ölçümü yazılımı ile spektrumları verileri XPS. </li></ol></li><li> Floresan mikroskop görüntüleme <ol><li> &quot;Akçaağaç yaprağı&quot; maske aracılığıyla ışınlanmış ve lekeli nanokürecikler flourescein maruz kaldıkları örnekleri Excite kullanarakmavi ışık kaynağı (λ = 450 ~ 490 nm). </li><li> 4X büyütme bir floresan ters mikroskop ile, 515 nm&#39;de yayan floresan görüntüleri gözlemleyin. </li><li> 27 başvurulan olarak, AFM ile bu örneklerin yüzey morfolojisi karakterize eder. </li></ol></li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu yazıda Si-OH üretimine esas olan bir PE kaplama Si yüzey indükleme H2O 2 çözeltinin düşük konsantrasyonda dolu mikro-akışkan odası içinde silisyum UV lazer ışınlamasının bir protokol önermişlerdir. Radikalleri - H 2 O 2 UV, lazer fotoliz negatif yüklü OH oluşturmak gerekiyordu. Ayrıca, UV fotoelektrik etkisi, pozitif yüklü bir yüzey 37 oluşumuna yol açar. Bu nedenle, bu negatif bir OH etkileşimi - pozitif yüklü bir yüzeye sahip k?...

Dikkat çekici elektronik ve kimyasal özellikleri yanı sıra yüksek mekanik mukavemet silikon (Si) mikroelektronik cihazlar ve biyomedikal yongaları 1 için ideal bir seçim yaptık. Si yüzeyin seçici alan kontrolü mikroakışkan ve laboratuvar-on-chip cihazlar 2,3 .Bu genellikle elde ya yüzey sertliği nano ölçekli modifikasyonu ile veya yüzeye 4 kimyasal tedavi ile olan içeren uygulamalar için önemli dikkat çekmiştir. Si yüzeyinde düzensiz ya da düzenli yüzey yapıları üretmek için yüzey pürüzlendirme veya desenlendirme fotolitografi 5, iyon demeti litografi 6 ve lazer teknikleri 7 arasındadır. Bu yöntemler ile karşılaştırıldığında, lazer yüzey dokuma işlemi, yüksek uzaysal çözünürlüğü 8 mikro üretme potansiyeline sahip daha az karmaşık olduğu bildirilmiştir. Ancak, Si darbe akıcılığa karşı olan yüksek bir tekstüre eşiğini gerektiren ışınlama olduğu gibionun ablasyon eşiği (~ 500 mJ / cm 2) 9 aşan yüzey dokusunu neden, Si yüzey tekstüre sıklıkla böyle bir yüksek basınç SF 6 çevre 4,7,8 olduğu gibi reaktif gaz atmosferleri, istihdam yardımcı olmuştur. Sonuç olarak, Si sathının ıslatılabilme kabiliyetinin daha değiştirmek için sayısız çalışmalar 10 organik ve inorganik film 2 biriktirilmesi, ya da plazma ya da elektron ışını yüzey muamelesi 11,12 ile kimyasal muamele üzerine odaklanmıştır. Birkaç dakika 13, 100 ° C de bir H2 O 2 çözeltisi içinde kaynatılarak elde edilebilir yüzeyi üzerinde tek ve ilişkili OH gruplarının varlığından kaynaklanan Si, hidrofilisite kabul edilmektedir. Bununla birlikte, Si-H ya da Si-O-CH3 grupların varlığı nedeniyle, çoğu olan hidrofobik Si yüzey durumları, ışığa 13 HF asit çözeltisi ya da kaplama ile dağlama içeren yaş kimyasal işleme ile elde edilebilir-15. Si ıslanabilirlik seçici alan kontrolü sağlamak için, karmaşık desen adımlar genellikle kimyasal solüsyonlar 16 tedavi de dahil olmak üzere, gereklidir. UV lazer radyasyonunun yüksek kimyasal tepkime de seçici alan süreci, organik film kaplı katı yüzeylerde kullanılan ve onların ıslatılabilirliğini 17 modifiye edilmiştir. Bununla birlikte, sınırlı bir veri miktarı, farklı kimyasal Çözeltilerin bekletilen numunelerin irradyasyonu ile Si ıslanabilirlik lazer destekli modifikasyon mevcuttur. Daha önceki araştırmalarda, hava 18-20 ve NH 3 21 III-V yarı iletkenler UV lazer ışını başarıyla GaAs, InGaAs ve InP yüzey kimyasal bileşimini değiştirmek için kullanılmıştır. Yarı iletken yüzey emdiği suyun, 22 artar ederken deiyonize III-V yarı iletkenlerinin UV içinde lazer kurulan (Dİ) su, yüzey oksitleri ve karbürler azaltır. Bir güçlü hidrofobik Si yüzey (CA ~ 103 °) son çalışma 23 metanol içinde Si örneklerinin ArF lazer ışını ile elde edilmiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile gösterildiği gibi, bu temel nedeni CH3 OH photodissociate için ArF lazer yeteneği sağlamaktır. Biz de DI suda H 2 O 2 bir% 0.01 olarak (001) Si ışın tedavisi için kRf ve ArF lazerler kullandım. Bu bize yakın 15 ° CA ile karakterize Si süperhidrofilik yüzeyine (001) selektif alan oluşumunu sağlamak için izin verdi. XPS sonuçları bu ışınlanmış yüzeyi 24 Si-OH bağlarının oluşumuna bağlı olduğunu göstermektedir. H2O 2 / H2O ve metanol solüsyonları düşük konsantrasyonda Si yüzeyinin hidrofilik / hidrofobik yüzey yerinde modifikasyon seçici alanı için kRf ve ArF lazer kullanarak bu tekniğin ayrıntılı bir açıklaması, bu makalede gösterilmiştir. Burada sağlanan ayrıntıları yeterli olmalıdırizin benzer deneyler ilgilenen araştırmacılar tarafından yapılmalıdır.

<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

Silikon ıslanabilirlik (Si) biyo-algılayıcı cihazların bu malzeme ve üretim yüzeyi işlevsellik teknolojisinde önemli parametrelerden biridir. Biz Si ​​ıslatımlılık değişiklik yaratmak için orta düşük nabız akıcılıklarda darbe sayısı düşük olan bir sıvı ortamda dalmış Si (001) örnekleri aydınlatarak KrF ve ArF lazerler kullanarak ve işletim bir protokol rapor. Gofret başlangıç ​​temas açısı (CA) ~ 75 ° ölçülebilir değişiklik göstermemiştir bir% 0.01 H 2 O 2 / H 2 O çözeltisi fazla 4 saat dalmış. Ancak, microchamber tür gofret 500 nabız KrF ve ArF lazerler ışınlama% 0.01 H ile dolu 2 2 O çözelti 250 ve 65 mJ / cm 2, sırasıyla, yakın 15 ° CA ​​azalmıştır / H O 2, süperhidrofil bir yüzey oluşumunu göstermektedir. Ince bisküvinin yüzeyi morfolojisinin ölçülebilir bir değişiklik ile OH-grubu, Si (001), oluşumu, varX-ışını fotoelektron spektroskopisi ve atomik kuvvet mikroskopisi ölçümleri ile teyit edilmiştir. Seçici alanı ışınlanmış numuneler daha sonra ışınlanmamış alanda nanoküre başarılı bir immobilizasyon ile sonuçlanan, 2 saat süre ile, bir biyotin-konjuge floresan lekeli nanosferler çözelti içine daldırılmıştır. Bu seçici alan biofunctionalization ve gelişmiş Si tabanlı biyoalgı mimarileri imalatı için yöntemin potansiyelini göstermektedir. Ayrıca 65 mJ darbe akıcılığa çalışan ArF lazer kullanarak metanol (CH3OH), batırılmış gofret ışınlama benzer bir protokol açıklar / cm2 ve 103 CA ile Si (001) arasında güçlü bir hidrofobik yüzey in situ oluşumu °. XPS sonuçları Si ve ArF lazer kaynaklı oluşumunu göstermektedir (OCH3) gözlenen hidrofobisite x bileşikler sorumlu. Ancak, bu tür bileşikler gösteren, metanol içinde KrF lazerle ışınlanan Si yüzeyinde XPS tarafından bulunduKrF lazer yetersizlik metanol photodissociate ve -OCH3 radikalleri oluşturmak için.

Bu temsilci sonuçlar Şekil 1. Bizim daha önce yayınlanmış çalışmaları 23,24 sunulan H farklı konsantrasyonlarda H 2 O DI 250 mJ / cm 2 de KrF lazer tarafından ışınlanmış sitelerde N (darbe sayısı) vs CA gösterir edilmiştir 2 O 2 / H2O çözeltiler (örn., 0.01, 0.02, 0.05, ve% 0.2). CA tüm H 2 O 2 çözümleri için nabız sayısının artması ile azalmaktadır. 0,02 ve% 0.01 H2O 2 ç?...

Watch this Scientific Journal Video about Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment at JoVE.com

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

Biz HF yerinde değişiklik 2 O 2 / H2O çözeltisi (% 0.01% -0.5) ya da metanol solüsyonları H dolu mikroakışkan odaları örnekleri ışınlanması ile hidrofilik veya hidrofobik duruma Si (001) yüzeyi ile tedavi edilmiş bir süreci rapor göreceli düşük nabız akıcılığa darbeli UV lazer kullanarak.

Sıvı Ortamda Darbeli UV Lazer Radyasyonla Silikon Yüzey Islanabilirliği Seçici Alan Değişikliği

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

Research

JoVE Journal

Engineering

8.2K Görüntüleme.  Université de Sherbrooke.  Biz HF yerinde değişiklik 2 O 2 / H2O çözeltisi (% 0.01% -0.5) ya da metanol solüsyonları H dolu mikroakışkan odaları örnekleri ışınlanması ile hidrofilik veya hidrofobik duruma Si (001) yüzeyi ile tedavi edilmiş bir süreci rapor göreceli düşük nabız akıcılığa darbeli UV lazer kullanarak. 