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. Provframställning <ol><li> Använd en diamode rits att klyva ett n-typ (P-dopade) en-sida polerad Si-skiva (resistivitet 3,1 ~ 4,8 Ω.m) som är tre tum i diameter, 380 | im tjock, in prover av 12 mm x 6 mm; rengöra proverna i OptiClear, aceton och isopropylalkohol (5 min för varje steg). </li><li> Etch prover i en ~ 0,9% HF-lösning under 1 minut för att etsa bort inledande oxid; Skölj i avjoniserat vatten och torka i hög renhet (99,999%) kväve (N 2). </li><li> Förvara beredda prover i N 2<...

Vi har föreslagit ett protokoll av UV-laser bestrålning av Si-skiva i en mikroflödessystem kammare fylld med låg koncentration av H2O 2 lösning för att framkalla en superhydrofil Si yta, vilket främst beror på genereringen av Si-OH. UV-laser fotolys av H2O 2 var tänkt att bilda negativt laddade OH - radikaler. Dessutom leder UV-laser fotoelektriska effekten till bildandet av en positivt laddad yta 37. Därför interaktionen av dessa negativa OH - leder radi...

De anmärkningsvärda elektroniska och kemiska egenskaper samt dess hög mekanisk hållfasthet har gjort kisel (Si) ett perfekt val för mikroelektronik och biomedicinska chips 1. Selektiv områdeskontroll av Si ytan har fått stor uppmärksamhet i tillämpningar där mikroflödessystem och lab-on-chip enheter 2,3 .Detta ofta erhållas antingen genom nanoskala modifiering av ytan ojämnheter eller genom kemisk behandling av ytan 4. Ytan uppruggning eller mönstring för att producera oordnade eller beställda ytstrukturer på Si ytan innefattar fotolitografi 5, ion strålelitografi 6 och laserteknik 7. Jämfört med dessa metoder är laser yttexturering process rapporterades vara mindre komplicerat med potential att producera mikro med hög rumslig upplösning 8. Men som Si har en förhöjd texture tröskel kräver bestrålning med puls fluens tillframkalla yttexturering utöver sin ablation tröskel (~ 500 mJ / cm 2) 9, har texturering av Si yta ofta fått stöd genom att använda reaktiva gasatmosfärer, såsom den med högspänning SF 6 miljö 4,7,8. Följaktligen att modifiera vätbarheten av Si ytan, har ett stort antal verk fokuserat på kemisk behandling genom att deponera organiskt 10 och oorganiska filmerna 2, eller med hjälp av plasma eller elektronstråle ytbehandling 11,12. Det inses att hydrofiliciteten Si som härrör från förekomsten av singular och associerade OH-grupper på dess yta kan uppnås genom att koka den i en H2O 2-lösning vid 100 ° C under flera minuter 13. Men de hydrofoba Si yttillstånd, varav de flesta är på grund av närvaron av Si-H eller Si-O-CH 3 grupper, skulle kunna uppnås genom våt kemikaliehantering innebär etsning med HF-lösning eller beläggning med fotoresist 13-15. För att uppnå selektiv områdeskontroll av vätbarhet Si, är komplexa mönstringssteg vanligtvis krävs, inklusive behandling i kemiska lösningar 16. Den höga kemiska reaktiviteten hos UV-laser-strålning har också använts för att selektiv område process organiska film belagda fasta substrat och modifiera deras vätbarhet 17. Men det är en begränsad mängd data som finns på laserassisterad modifiering av Si vätbarhet genom bestrålning av prover nedsänkta i olika kemiska lösningar. I vår tidigare forskning, var UV-laserbestrålning av III-V-halvledare i luft 18 till 20 och NH 3 21 framgångsrikt användas för att förändra ytan kemiska sammansättningen av GaAs, InGaAs och InP. Vi konstaterade att UV-laser bestrålning av III-V halvledare i avjoniserat (DI) vatten minskar oxider och karbider yta, medan vattnet adsorberat på halvledarytan ökar 22. Ett starkt hydrofoba Si-yta (CA ~ 103 °) erhölls genom ArF laser bestrålning av Si prover i metanol i vårt senaste arbete 23. Såsom anges med röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), detta främst på grund av förmågan hos den ArF-laser för att photodissociate CH3OH. Vi har också använt KrF och ArF laser för att bestråla Si (001) i en 0,01% av H2O 2 i DI-vatten. Detta tillät oss att uppnå selektiv område bildandet av superhydrofil yta Si (001) kännetecknas av CA av nära 15 °. XPS Resultaten tyder på att detta beror på genereringen av Si-OH-bindningar på den bestrålade ytan 24. En detaljerad beskrivning av denna nya teknik som använder KrF och ArF lasrar för selektiv område in situ modifiering av den hydrofila / hydrofoba ytan av Si yta i låg koncentration av H2O 2 / H2O och metanollösningar demonstreras i den här artikeln. De uppgifter som lämnas här ska vara tillräckligtatt tillåta liknande experiment som ska utföras av intresserade forskare.

<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

Vätbarheten hos kisel (Si) är ett av de viktiga parametrarna i tekniken för ytfunktionalisering av detta material och tillverkning av biosensing anordningar. Vi rapporterar om ett protokoll för att använda KrF och ArF lasrar bestrålar Si (001) prover nedsänkta i en flytande miljö med lågt antal pulser och arbetar vid måttligt låga puls fluenser att inducera Si vätbarhet modifiering. Wafers nedsänktes i upp till 4 h i en 0,01% H2O 2 / H2O-lösning visade inte mätbar förändring i deras initiala kontaktvinkeln (CA), ~ 75 °. Emellertid 500-pulsen KrF och ArF laser bestrålning av sådana skivor i en mikrokammare fylld med 0,01% H2O 2 / H2O-lösning vid 250 och 65 mJ / cm 2, respektive, har minskat CA till nära 15 °, vilket indikerar bildning av en superhydrofil yta. Bildningen av OH-terminerad Si (001), utan någon mätbar förändring av skivan yta morfologi, harbekräftats genom röntgenfotoelektronspektroskopi och atom mätningar kraft mikroskopi. De selektiva område bestrålade proverna nedsänktes sedan i en biotin-konjugerad fluorescein-färgade nanospheres lösning under 2 timmar, vilket resulterar i en framgångsrik immobilisering av nanosfärer i det icke-bestrålade området. Detta illustrerar potentialen av metoden för selektiv område biofunctionalization och tillverkning av avancerade Si-baserade biosensing arkitekturer. Vi beskriver också ett liknande protokoll för bestrålning av wafers nedsänkta i metanol (CH3OH) använder ArF laser som arbetar vid puls fluens av 65 mJ / cm 2 och bildning in situ av en starkt hydrofob yta Si (001) med CA 103 °. XPS resultat indikerar ArF laserinducerad bildning av Si- (OCH3) X-föreningar som ansvarar för den observerade hydrofobiciteten. Dock inga sådana föreningar som har hittats av XPS på Si ytan bestrålas av KrF laser i metanol, vilket visaroförmåga KrF laser för att photodissociate metanol och skapa -OCH3 radikaler.

Dessa representativa resultat har presenterats i vårt tidigare publicerade verk 23,24. Figur 1 visar CA vs. N (antal pulser) på platser bestrålas med KrF laser vid 250 mJ / cm 2 i DI H2O för olika koncentrationer av H 2 O 2 / H2O lösningar (t.ex.., 0,01, 0,02, 0,05 och 0,2%). CA minskar med ökande pulstal för alla H2O två lösningar. Minimi CA (~ 15 °) för de 0,02 och 0,01% H2O 2 lösningar erhåll...

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

Vi rapporterar om en process av in situ förändring av HF behandlade Si (001) yta i en hydrofil eller hydrofob tillstånd genom att bestråla prover i mikroflödessystem kammare fyllda med H 2 O 2 / H 2 O-lösning (0,01% -0,5%) eller metanollösningar med hjälp av pulsad UV-laser av en relativt låg puls fluens.

Selektiv Area Ändring av Silicon ytvätbarhet av pulsad UV laserstrålning i flytande miljö

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

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

Karakterisering av ytmodifieringar av White Light interferometri: tillämpningar Ion sputtring, laserablation, och tribologi Experiment

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

Tillverkning av Nano-engineered transparent ledande Oxider av pulsad laser deposition

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

Visualisering av High Speed ​​Liquid Jet Impac på en rörlig yta

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

Integration of Light fångst Silver nanostrukturer i Hydromikro Silicon solceller genom Transfer Tryck

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 av Läge Låsning i en Nonlinear polariseringsrotation Fiber Laser genom utgångs Polarisering Mätningar

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

Emission Spektroskopiska Boundary Layer Undersökning under ablativ Material Testing Plasma

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 Fabrication av nanostrukturerade yttriumoxidstabiliserad-zirkonium (YSZ) Ställningar av<em&gt; In Situ</em&gt; Carbon schablon xerogeler

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

Orienterande övergång i ett flytande kristall utlöst av den termodynamiska tillväxten av gränsvärda vätskeark

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

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

Beredning av flytande kristaller nätverk för makroskopisk oscillerande rörelse som induceras av ljus

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...

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

Kvantitativ analys av vakuum induktion smältning av Laserinducerad nedbrytning spektroskopi

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