Name: selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment
Uploaded: 2015-11-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment at JoVE.com

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. Monstervoorbereiding <ol><li> Gebruik een diamode schrijver met een n-type splitsen (P-gedoteerde) één zijde gepolijst Si wafer (resistiviteit 3,1 ~ 4,8 Ω.m) dat 3 inch in diameter, 380 urn dik, in monsters van 12 mm x 6 mm; Reinig de monsters in OptiClear, aceton en isopropyl alcohol (5 minuten voor elke stap). </li><li> Etch monsters in een ~ 0,9% HF oplossing gedurende 1 minuut om weg te etsen initiële oxide; spoelen in DI water en droog in een hoge zuiverheidsgraad (99,999%), stikstof (N2). </li>...

Wij hebben een protocol UV laserbestraling Si wafer voorgesteld in een microfluïdische kamer gevuld met een lage concentratie van H 2 O 2 oplossing voor een superhydrofiel Si oppervlak dat vooral induceren vanwege de vorming van Si-OH. UV laser fotolyse van H 2 O 2 moest negatief geladen OH vormen - radicalen. Ook UV laser foto-elektrisch effect leidt tot de vorming van een positief geladen oppervlak 37. Daarom is de wisselwerking van deze negatieve OH <...

De opmerkelijke elektronische en chemische eigenschappen en de hoge mechanische sterkte hebben silicium (Si) een ideale keuze voor micro-elektronische inrichtingen en biomedische chips 1 gemaakt. Selectieve gebied controle van de Si oppervlak heeft veel aandacht gekregen voor toepassingen waarbij microfluïdische en lab-on-chip apparaten 2,3 .Dit is vaak ofwel verkregen door nano-schaal modificatie van de oppervlakteruwheid of door een chemische behandeling van het oppervlak 4. Het oppervlak opruwen of modelleren om wanordelijke of besteld oppervlaktestructuren te produceren op de Si oppervlak omvatten fotolithografie 5, ionenbundel lithografie 6 en lasertechnieken 7. Vergeleken met deze werkwijzen wordt laser oppervlak textuurproces gerapporteerd minder gecompliceerd met de potentie om microstructuren te produceren met een hoge ruimtelijke resolutie 8 zijn. Aangezien Si heeft een verhoogde textuur drempelwaarde, waarbij bestraling met pulse Fluence naarinduceren oppervlaktetexturen die boven de ablatie drempel (~ 500 mJ / cm2) 9, heeft texturen van Si oppervlak vaak bijgestaan ​​door het gebruik van reactief gas atmosferen, zoals die van een hoge druk SF 6 milieu 4,7,8. Bijgevolg, om bevochtigbaarheid van de Si oppervlak wijzigen, hebben talrijke werken gericht op de chemische behandeling door het storten van 10 organische en anorganische films 2, of met behulp van plasma of elektronenstraal oppervlaktebehandeling 11,12. Erkend wordt dat de hydrofiliciteit van Si afkomstig uit het bestaan ​​van enkelvoud en aanverwante OH-groepen op zijn oppervlak kan worden bereikt door te koken in een H 2 O 2 oplossing bij 100 ° C gedurende enkele minuten 13. De hydrofobe Si oppervlaktetoestanden, waarvan de meeste door de aanwezigheid van Si-H en Si-O-CH3 groepen kan worden bereikt door natchemische behandeling met etsen met HF zure oplossing of bekleding met fotoresist 13-15. Selectieve gebied controle van bevochtigbaarheid van Si te bereiken, zijn complexe patronen treden meestal nodig, met inbegrip van de behandeling in chemische oplossingen 16. De hoge chemische reactiviteit van UV laserstraling is ook gebruikt om selectief specifieke werkwijze organische bekledingslaag beklede substraten en hun bevochtigbaarheid 17 passen. Echter, een beperkte hoeveelheid gegevens op laser-assisted modificatie van Si bevochtigbaarheid door bestraling van monsters ondergedompeld in verschillende chemische oplossingen. In onze eerdere onderzoek werd UV laserbestraling van III-V halfgeleiders lucht 18-20 en NH 3 21 met succes gebruikt om het oppervlak chemische samenstelling van GaAs, InGaAs en InP veranderen. We vastgesteld dat UV laserbestraling van III-V halfgeleiders in gedeïoniseerd (DI) water af oppervlak oxiden en carbiden, terwijl het water geadsorbeerd aan halfgeleideroppervlak 22 toeneemt. Een sterk hydrofoob Si oppervlak (CA ~ 103 °) werd verkregen door ArF laserbestraling van Si monsters in methanol in onze recente werk 23. Zoals aangegeven door X-ray foto-elektron spectroscopie (XPS), dit is vooral te danken aan het vermogen van de ArF laser photodissociate CH3OH. We hebben ook KrF en ArF lasers Si (001) te bestralen in een 0,01% H 2 O 2 in DI water. Dit liet ons toe om selectieve gebied vorming van superhydrofiel oppervlak van Si (001) gekenmerkt door de CA in de buurt van 15 ° te bereiken. De XPS resultaten suggereren dat dit komt door vorming van Si-OH bindingen op het bestraalde oppervlak 24. Een gedetailleerde beschrijving van deze nieuwe techniek met behulp KrF en ArF lasers voor selectieve gebied situ modificatie van het hydrofiele / hydrofobe oppervlak Si oppervlak lage concentratie van H 2 O 2 / H 2 O en methanol oplossingen wordt gedemonstreerd in dit artikel. De gegevens die hier zou voldoende moeten zijnom soortgelijke experimenten worden uitgevoerd door de betrokken onderzoekers.

<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

De bevochtigbaarheid van silicium (Si) is één van de belangrijkste parameters in de technologie van oppervlakte functionalisering van dit materiaal en de fabricage van biosensoren. We rapporteren over een protocol van het gebruik van KrF en ArF lasers bestralen Si (001) monsters ondergedompeld in een vloeistof omgeving met lage aantal pulsen en werkend bij matig lage puls invloeden naar Si bevochtigbaarheid wijziging induceren. Wafers ondergedompeld gedurende maximaal 4 uur in een 0,01% H 2 O 2 / H 2 O oplossing heeft meetbare verandering in de initiële contacthoek (CA) ~ 75 ° vertonen. De 500-puls KrF en ArF lasers bestraling van dergelijke wafers in een microkamer gevuld met 0,01% H 2 O 2 / H 2 O oplossing bij 250 en 65 mJ / cm 2, respectievelijk, is de CA near 15 ° af, hetgeen de vorming van een superhydrofiel oppervlak. De vorming van eindstandige OH-Si (001), zonder meetbare verandering van de wafer oppervlaktemorfologie heeftbevestigd door röntgen foto-elektron spectroscopie en atomaire kracht microscopie metingen. De selectieve gebied bestraalde monsters werden vervolgens ondergedompeld in een biotine-geconjugeerd fluoresceïne gekleurd nanosferen oplossing 2 uur, wat resulteert in een succesvolle immobilisatie van de nanobolletjes in de niet-bestraalde gebied. Dit illustreert het potentieel van de werkwijze voor selectieve stippellijn biofunctionalization en fabricage van geavanceerde Si-gebaseerde biosensoren architecturen. We een vergelijkbaar protocol van bestraling van wafers ondergedompeld in methanol (CH 3 OH) met ArF laser beschrijven ook werkt bij puls Fluence van 65 mJ / cm2 en in situ vorming van een sterk hydrofoob oppervlak van de Si (001) met de CA van 103 °. De XPS resultaten geven ArF laser geïnduceerde vorming van Si (OCH3) x verbindingen die het waargenomen hydrofobiciteit. Echter, dergelijke verbindingen werden gevonden door XPS op de Si oppervlak bestraald door KrF laser in methanol, demonstrerenhet onvermogen van de KrF laser methanol photodissociate creëren -OCH3 resten.

Deze representatieve resultaten zijn voorgesteld in onze eerdere gepubliceerde werk 23,24. Figuur 1 toont de CA vs. N (aantal pulsen) op sites bestraald met KrF laser bij 250 mJ / cm 2 in DI H2O voor verschillende concentraties H 2 O 2 / H 2 O oplossingen (bijv., 0,01, 0,02, 0,05 en 0,2%). De CA af met toenemende impulsgetal van alle H 2 O 2 oplossingen. De minimale CA (~ 15 °) van de 0,02 en 0,01% H 2...

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

We rapporteren op een werkwijze in situ verandering van HF behandelde Si (001) oppervlak in een hydrofiel of hydrofoob toestand door bestralen monsters microfluïdische kamers gevuld met H 2 O 2 / H2O-oplossing (0,01% -0,5%) en methanol oplossingen met behulp van UV-gepulste laser van een relatief lage hartslag Fluence.

Selectieve Area Wijziging van Silicon Surface Bevochtigbaarheid door Pulsed UV Laser bestraling in Liquid Milieu

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Investigation of Early Plasma Evolution Induced by Ultrashort Laser Pulses

Onderzoek naar vroege Plasma Evolution geïnduceerd door ultrakorte laserpulsen

Early plasma is generated owing to high intensity laser irradiation of target and the subsequent target material ionization. Its dynamics plays a ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Karakterisering van Surface Wijzigingen door Wit Licht Interferometrie: Toepassingen in Ion sputteren, Laser Ablatie en Tribologie Experimenten

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Fabrication of Nano-engineered Transparent Conducting Oxides by Pulsed Laser Deposition

Fabricage van Nano-engineered transparante geleidende oxides door gepulste laser depositie

Nanosecond Pulsed  Laser Deposition (PLD) in the presence of a background gas allows the deposition  of metal oxides with tunable morphology, structure, ...

Visualization of High Speed Liquid Jet Impaction on a Moving Surface

Visualisatie van High Speed ​​Liquid Jet Impactie op een bewegend oppervlak

Two apparatuses for examining liquid jet impingement on a high-speed moving surface are described: an air cannon device (for examining surface speeds ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

Integratie van Licht Trapping Silver Nanostructures in gehydrogeneerde Microkristallijn silicium zonnecellen door Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Automation of Mode Locking in a Nonlinear Polarization Rotation Fiber Laser through Output Polarization Measurements

Automatisering van Mode Locking in een lineaire Polarisatie Rotatie Fiber Laser tot Uitvoer Polarisatie Metingen

When a laser is mode-locked, it emits a train of ultra-short pulses at a repetition rate determined by the laser cavity length. This article outlines a ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Emissie spectroscopische Boundary Layer Investigation tijdens Ablatief materiaaltestreactoren in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

High Temperature Fabricage van nanostructuur yttriumoxide-gestabiliseerde Zirconia (YSZ) Steigers door<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon Templating xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Orientational Transition in a Liquid Crystal Triggered by the Thermodynamic Growth of Interfacial Wetting Sheets

Oriëntatie Transitie In Een Vloeibaar Kristal Uitgelijnd Door De Thermodynamische Groei Van Interfacial Wetting Sheets

In liquid crystal (LC) physical chemistry, molecules near the surface play a great role in controlling bulk orientation. Thus far, mainly to achieve ...

Quantitative Analysis of Vacuum Induction Melting by Laser-induced Breakdown Spectroscopy

Kwantitatieve analyse van vacuüm inductie smelten door laser-geïnduceerde verdeling spectroscopie

Vacuum induction melting is a popular method for refining high purity metal and alloys. Traditionally, standard process control in metallurgy involves ...