Name: selective area modification of silicon surface wettability by pulsed uv laser irradiation in liquid environment
Uploaded: 2015-11-09T13:00:00
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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.

Preparazione 1. campione <ol><li> Utilizzare uno scriba diamode per fendere un tipo n (drogato P-) un lato lucido Si wafer (resistività 3.1 ~ 4.8 Ω.m) che è 3 pollici di diametro, 380 micron di spessore, in campioni da 12 mm x 6 mm; pulire i campioni in OptiClear, acetone e alcool isopropilico (5 min per ogni passo). </li><li> Etch campioni in una soluzione di HF ~ 0,9% per 1 min a etch via ossido iniziale; risciacquo in acqua deionizzata e asciugare elevata purezza (99,999%) di azoto (N 2). </li><li> Co...

Abbiamo proposto un protocollo di irradiazione laser UV wafer di Si in una camera riempita con microfluidica bassa concentrazione di H 2 O 2 soluzione per indurre una superficie Si superidrofilia, che è principalmente dovuta alla generazione di Si-OH. Fotolisi laser UV di H 2 O 2 doveva formare carica negativa OH - radicali. Inoltre, laser UV effetto fotoelettrico porta alla formazione di una superficie carica positiva 37. Quindi, l&#39;interazione di qu...

Le notevoli proprietà elettroniche e chimiche, nonché la sua elevata resistenza meccanica hanno fatto silicio (Si) la scelta ideale per i dispositivi microelettronici e chip biomedicali 1. Controllo area selettiva della superficie di Si ha ricevuto notevole attenzione per le applicazioni che coinvolgono microfluidica e dispositivi lab-on-chip 2,3 .Questo è spesso ottenuta o da modifiche nano-scala della rugosità superficiale o trattamento chimico della superficie 4. L&#39;irruvidimento superficie o patterning per produrre strutture di superficie disordinati o ordinati sulla superficie di Si includono fotolitografia 5, agli ioni di litografia a fascio 6 e tecniche laser 7. Rispetto a questi metodi, laser processo ruvido di superficie è segnalato per essere meno complicato con il potenziale di produrre microstrutture ad alta risoluzione spaziale 8. Tuttavia, come Si ha una soglia texturing elevata, richiedendo irraggiamento con impulsi di fluenzaindurre texturing superficiale supera la soglia di ablazione (~ 500 mJ / cm 2) 9, texturing di superficie Si è spesso stata assistita impiegando atmosfere gassose reattive, come quella di alta pressione SF6 ambiente 4,7,8. Di conseguenza, di modificare la bagnabilità della superficie di Si, numerosi lavori si sono concentrati sul trattamento chimico depositando organici ed inorganici 10 film 2, o usando plasma o fascio elettronico trattamento superficiale 11,12. Si riconosce che idrofilia di Si proveniente dalla presenza di gruppi OH e singolari associati sulla sua superficie potrebbe essere realizzato mediante ebollizione in una soluzione H 2 O 2 a 100 ° C per alcuni minuti 13. Tuttavia, le idrofobiche stati superficiali Si, la maggior parte dei quali sono dovuti alla presenza di Si-H o Si-O-CH 3 gruppi, possono essere raggiunti mediante manipolazione chimica umida coinvolge attacco con soluzione di acido HF o rivestimento con fotoresist 13-15. Per ottenere il controllo area selettiva di bagnabilità di Si, passi patterning complessi sono solitamente richiesti, compreso il trattamento in soluzioni chimiche 16. L&#39;elevata reattività chimica della radiazione laser UV è stato utilizzato anche per rivestite substrati solidi processo area selettiva pellicola organica e modificare la loro bagnabilità 17. Tuttavia, una quantità limitata di dati è accessibile laser assistita modifica di Si bagnabilità mediante irradiazione di campioni immersi in diverse soluzioni chimiche. Nella nostra precedente ricerca, irraggiamento laser UV di semiconduttori III-V in aria 18-20 e NH 3 21 è stato utilizzato con successo per alterare la composizione chimica della superficie di GaAs, InGaAs e InP. Abbiamo stabilito che l&#39;irradiazione laser UV di semiconduttori III-V in deionizzata (DI) diminuisce ossidi superficiali e carburi, mentre l&#39;acqua adsorbita sulla superficie del semiconduttore aumenta 22. Una superficie fortemente idrofobica Si (CA ~ 103 °) è stato ottenuto da ArF laser irradiazione di campioni di Si in metanolo nel nostro lavoro recente 23. Come indicato dalla spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS), ciò è dovuto principalmente alla capacità del laser ArF a photodissociate CH 3 OH. Abbiamo usato anche KrF e laser ARF irradiare Si (001) in un 0,01% di H 2 O 2 in acqua deionizzata. Questo ci ha permesso di ottenere la formazione area selettiva di superficiale superidrofilia di Si (001) caratterizzato dalla CA di quasi 15 °. I risultati suggeriscono che XPS questo è dovuto alla generazione di legami Si-OH sulla superficie irradiata 24. Una descrizione dettagliata di questa nuova tecnica usando KrF e laser ARF per area selettiva in situ modificazione della superficie idrofila / idrofobica superficie Si in bassa concentrazione di H 2 O 2 / H 2 O e soluzioni di metanolo è dimostrato in questo articolo. I dati forniti qui dovrebbero essere sufficientiper consentire esperimenti simili di essere effettuati da ricercatori interessati.

<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

La bagnabilità di silicio (Si) è uno dei parametri importanti nella tecnologia di funzionalizzazione superficiale di questo materiale e fabbricazione di biosensori. Segnaliamo su un protocollo di utilizzo KrF e ARF laser irradiano Si (001) campioni immersi in un ambiente liquido a basso numero di impulsi e di operare a fluenze impulsi moderatamente bassi per indurre Si modifica bagnabilità. Wafer immersi per un massimo di 4 ore in un 0,01% di H 2 / H soluzione O 2 O 2 non ha mostrato cambiamento misurabile nel loro angolo di contatto iniziale (CA) ~ 75 °. Tuttavia, il 500-pulse KrF e laser ARF irradiazione di tali wafer in una microcamera riempito con 0,01% H 2 O 2 / H 2 O soluzione a 250 e 65 mJ / cm 2, rispettivamente, è diminuito il CA a quasi 15 °, indicanti la formazione di una superficie superidrofilia. La formazione di OH-terminato Si (001), con nessuna variazione misurabile totali morfologia del wafer, hastata confermata mediante spettroscopia fotoelettronica a raggi X e le misure di microscopia forza atomica. I campioni sono stati irradiati area selettiva poi immersi in una soluzione fluoresceina nanosfere macchiate biotina-coniugato per 2 ore, con un conseguente immobilizzazione successo delle nanosfere della zona non irradiato. Questo illustra il potenziale del metodo di selettiva biofunzionalizzazione area e realizzazione di architetture avanzate biosensori basati-Si. Descriviamo un protocollo simile di irradiazione di wafer immerse in metanolo (CH 3 OH) con laser ArF operante a impulsi fluenza di 65 mJ / cm 2 e formazione in situ di una superficie fortemente idrofobica di Si (001) con il CA di 103 °. I risultati indicano XPS laser indotta formazione ArF di Si- (OCH 3) x composti responsabili del idrofobicità osservato. Tuttavia, tali composti sono stati trovati da XPS sulla superficie di Si irradiato da KrF laser in metanolo, dimostrandol&#39;incapacità del laser a KrF photodissociate metanolo e creare -OCH 3 radicali.

Questi risultati rappresentativi sono stati presentati nella precedente lavoro pubblicato 23,24. La figura 1 mostra il CA vs. N (numero di impulsi) di siti irradiata dal laser KrF a 250 mJ / cm 2 in DI H 2 O per diverse concentrazioni di H 2 O 2 / H 2 O soluzioni (ad es., 0,01, 0,02, 0,05 e 0,2%). Il CA diminuisce all&#39;aumentare numero di impulsi per tutti gli H 2 O 2 soluzioni. Il CA minima (~ 15 °) per...

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

Riportiamo un processo di alterazione in situ di HF trattata Si (001) superficie in uno stato idrofilo o idrofobo irradiando campioni in camere microfluidica riempiti con H 2 O 2 / H 2 O soluzione (0,01% -0,5%) o soluzioni di metanolo per mezzo del laser pulsato UV di un parente a bassa fluenza impulso.

Area selettiva Modifica della Silicon bagnabilità della superficie da impulsi laser UV irradiazione in ambiente liquido

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

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