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.

Preparação 1. Amostra <ol><li> Use um estilete diamode para clivar um tipo-n (P-dopado) de um lado polido bolacha de Si (resistividade 3.1 ~ 4.8 Ω.m), que é de 3 polegadas de diâmetro, 380 mm de espessura, em amostras de 12 mm x 6 mm; limpar as amostras em OptiClear, acetona e álcool isopropílico (5 minutos para cada etapa). </li><li> Etch amostras em um ~ solução de HF 0,9% durante 1 minuto para gravar distância óxido inicial; enxágüe em água DI e seco em alta pureza (99,999%) de azoto (N2). ...

Propusemos um protocolo de irradiação com laser UV de uma bolacha de Si na câmara de microfluidos preenchido com baixa concentração de H 2 O 2 a solução para induzir uma superfície Si superhydrophilic, o que é principalmente devido à geração de Si-OH. UV fotólise do laser de H 2 O 2 foi suposto formar carregados negativamente OH - radicais. Além disso, o laser de UV efeito fotoeléctrico conduz à formação de uma superfície carregada positivamente 37.</su...

As notáveis ​​propriedades eletrônicas e químicas, bem como a sua alta resistência mecânica tenha feito de silício (Si) a escolha ideal para dispositivos microeletrônicos e chips biomédicas 1. Controle da superfície do Si selectiva área tem recebido uma atenção significativa para aplicações que envolvem dispositivos de microfluidos e lab-on-chip 2,3 .Este é muitas vezes obtida quer por modificação nano-escala da rugosidade da superfície ou por tratamento químico da superfície 4. A rugosidade da superfície ou padronização para produzir estruturas de superfície desordenadas ou ordenados na superfície do Si incluem fotolitografia 5, litografia por feixe de iões de 6 e 7 técnicas de laser. Comparado com estes métodos, o processo de texturização de superfície do laser é relatado para ser menos complicada com o potencial para produzir microestruturas com uma elevada resolução espacial 8. No entanto, como Si tem um limiar de texturização elevada, requerendo com irradiação de impulsos de fluênciainduzir a texturização de superfície em excesso do seu limiar de ablação (~ 500 mJ / cm 2) 9, a texturização de superfície Si tem sido frequentemente assistida pelo emprego de atmosferas de gases reactivos, tais como a de uma alta pressão SF 6 4,7,8 ambiente. Por conseguinte, para modificar a molhabilidade da superfície do Si, numerosos trabalhos concentraram-se em tratamento químico, depositando orgânicos e inorgânicos 10 filmes 2, ou usando plasma ou feixe de elétron tratamento de superfície 11,12. Reconhece-se que a hidrofilicidade de Si proveniente da existência de grupos OH singulares associados e sobre a sua superfície pode ser conseguida por fervura numa solução de H 2 O 2 a 100 ° C durante vários minutos e 13. No entanto, os estados de superfície hidrofóbicas Si, a maioria dos quais devido à presença de Si-H ou Si-O-CH 3 grupos, podia ser alcançado por tratamento químico molhado envolvendo condicionamento com uma solução de ácido HF ou revestimento com material fotosensitivo 13-15. Para conseguir o controle de molhabilidade de Si seletivo área, medidas de padronização complexos são geralmente necessários, incluindo o tratamento em soluções químicas 16. A alta reactividade química de radiação do laser de UV também foi utilizada para substratos sólidos revestidos com película orgânica área processo selectivo e modificar a sua capacidade de humedecimento 17. No entanto, uma quantidade limitada de dados disponíveis sobre a modificação assistida por laser de Si molhabilidade por irradiação das amostras imersas em soluções químicas diferentes. Em nossa pesquisa anterior, UV irradiação do laser de semicondutores III-V no ar 18-20 e NH 3 21 foi utilizado com sucesso para alterar a composição química da superfície do GaAs, InGaAs e InP. Determinou-se que a irradiação com laser de UV de semicondutores III-V em água desionizada (DI) de água diminui óxidos superficiais e carbonetos, enquanto que a água adsorvida sobre a superfície de semicondutor 22 aumenta. Uma superfície fortemente hidrofóbico Si (CA 10 ~3 °) foi obtido por irradiação com laser ArF amostras de Si em metanol na nossa recente trabalho 23. Tal como indicado por espectroscopia de fotoelectrão de raios-X (XPS), isto é principalmente devido à capacidade de o laser ArF para photodissociate CH3OH. Temos também utilizado KrF e lasers de ArF para irradiar de Si (001) em um 0,01% de H 2 O 2 em água Dl. Isto permitiu-nos alcançar formação de superfície superhydrophilic de Si (001), caracterizado pelo CA de perto de 15 ° seletivo área. Os resultados sugerem que esta XPS é devido à geração de ligações Si-OH na superfície irradiada 24. Uma descrição detalhada desta nova técnica utilizando KrF e lasers de ArF para a área de modificação selectiva in situ da superfície hidrófila / hidrófoba de Si superfície em baixa concentração de H 2 O 2 / H 2 O e soluções de metanol é demonstrado neste artigo. Os detalhes fornecidos aqui deve ser suficientepara permitir que experiências semelhantes para ser realizada por investigadores interessados.

<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

A molhabilidade de silício (Si) é um dos parâmetros importantes na tecnologia de funcionalização de superfície deste material e de fabrico de biosensores. Nós relatamos em um protocolo de usar KRF e Arf lasers irradiação Si (001) amostras imersas em um ambiente líquido com baixo número de pulsos e operando a fluências moderadamente baixos de pulso para induzir Si modificação molhabilidade. Wafers imerso por até 4 horas em um 0,01% H 2 O 2 / H 2 O solução não mostrou mudança mensurável em seu ângulo de contato inicial (CA) ~ 75 °. No entanto, o 500-pulso KrF e lasers de ArF irradiação de tais bolachas numa microcâmara cheio com 0,01% de H 2 O 2 / H 2 O solução a 250 e 65 mJ / cm2, respectivamente, diminuiu a AC a perto de 15 °, indicando a formação de uma superfície superhydrophilic. A formação de Si-OH terminada (001), sem alteração mensurável da morfologia da superfície da bolacha, temfoi confirmada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e medidas de microscopia de força atômica. As amostras foram irradiadas a área selectivo, em seguida, imersas em solução de nanoesferas coradas com fluoresceina conjugado com biotina durante 2 horas, resultando em uma imobilização bem sucedida das nanoesferas na área não irradiado. Isto ilustra o potencial do método para biofunctionalization área selectiva e fabricação de arquitecturas baseadas biosensoriamento-Si avançada. Também descrevemos um protocolo similar de irradiação de bolachas imersos em metanol (CH3OH), utilizando a laser ArF operando em pulso de fluência de 65 mJ / cm 2 e a formação in situ de uma superfície fortemente hidrofóbico de Si (001) com o CA de 103 °. Os resultados indicam XPS induzida por laser ArF formação de Si- (OCH 3) x compostos responsáveis ​​pela hidrofobicidade observada. No entanto, nenhum desses compostos foram encontrados por XPS Si na superfície irradiada pelo laser KrF metanol, demonstrandoa incapacidade de o laser KrF a photodissociate metanol e criar -OCH3 radicais.

Estes resultados representativos tenham sido apresentados no nosso anterior trabalho publicado 23,24. A Figura 1 mostra a AC vs. n (número de impulsos) em sítios irradiado por laser de KrF a 250 mJ / cm 2 em DI H2O para diferentes concentrações de H 2 O 2 / H2O soluções (por exemplo,., 0,01, 0,02, 0,05 e 0,2%). A CA diminui com o aumento de número de impulsos para todo o H 2 O 2 soluções. A CA mínima (~ 15 °) para o H 2 O 2<...

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

Relatamos uma alteração no processo de HF tratado in situ de Si (001) para um estado de superfície hidrófilo ou hidrófobo por irradiação de amostras em câmaras de microfluidos cheios com H 2 O 2 / H 2 O solução (0,01% -0,5%) ou soluções de metanol usando laser UV pulsado de baixa fluência de pulso relativa.

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