Мы сообщаем о процессе в Ситу изменение HF лечение Si (001) в гидрофильной или гидрофобной государства путем облучения образцов в микрофлюидных камерах, наполненных H 2 O 2 / H 2 O раствор (0,01% -0,5%) или метанол решения с помощью импульсного УФ лазер относительно низкой плотности энергии импульса.
Смачиваемость кремния (Si), является одним из важных параметров в технологии поверхностного функционализации этого материала и изготовления биодат- устройств. Мы сообщаем о протоколе использования KRF и АРФ лазеры облучения Si (001) образцов, погруженных в жидкой среде с низким числом импульсов и работать при умеренно низких плотностях энергии импульса, чтобы вызвать Si смачиваемость модификации. Вафли погружается до 4 часов в 0,01% H 2 / H 2 O раствора 2 O не показать измеримое изменение в их первоначальном углом контакта (CA) ~ 75 °. Тем не менее, 500-импульсный КгР и АРФ лазеры облучение таких пластин в микрокамеры заполнено с 0,01% H 2 O 2 / H решение 2 O при 250 и 65 мДж / см 2, соответственно, снизилась ЦС Рядом 15 °, что указывает на образование в superhydrophilic поверхности. Формирование ОН концевыми Si (001), без каких-либо измеримых изменений морфологии поверхности пластины, в имеетбыло подтверждено с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и измерения атомно-силовой микроскопии. Селективное площадь облученных образцов были затем погружали в биотин-конъюгированные флуоресцеина наносфер окрашенных раствором в течение 2 ч, в результате чего успешно иммобилизации наносфер в необлученной области. Это иллюстрирует возможности метода селективного области biofunctionalization и изготовления усовершенствованных биодат- архитектур Si-основе. Мы также описать аналогичный протокол облучения пластин, погруженных в метаноле (CH 3 OH) с использованием ArF лазер работает при импульсном флюенса 65 мДж / см 2 и в формировании месте в сильно гидрофобной поверхности Si (001) с СА 103 °. Результаты показывают, XPS ArF лазер индуцированной формирование Si- (ОСН 3) х соединений, ответственных за наблюдаемую гидрофобности. Однако такие соединения не были найдены XPS на поверхности Si при облучении лазером KrF в метаноле, демонстрируянеспособность лазера KrF с фотодиссоциация метанола и создать -ОСН3 радикалы.
Замечательные электронные и химические свойства, а также его высокая механическая прочность сделали кремний (Si) является идеальным выбором для микроэлектронных устройств и биомедицинских чипов 1. Выборочный контроль площадь поверхности Si получил значительное внимание для приложений, связанных микрофлюидных и лаборатории-на-чипе устройства 2,3 .Это часто получают либо нано-модификации поверхности шероховатости или путем химической обработки поверхности 4. Поверхность шероховатости или рисунка, чтобы произвести беспорядочные или заказанные поверхностные структуры на поверхности Si включают фотолитографии 5, ионно-лучевая литография 6 и лазерные методы 7. По сравнению с этими методами, процесс текстурирования лазерная поверхность, как сообщается, менее сложной с потенциалом для получения микроструктур с высоким пространственным разрешением 8. Однако, как Si имеет повышенный порог текстурирования, требующий облучение импульсным флюенса кпобудить поверхности текстурирования превышает его абляции порога (~ 500 мДж / см 2) 9, текстурирования поверхности кремния часто помогали с использованием газовых атмосфер реактивные, такие как, что высокого давления SF 6 окружающей 4,7,8. Следовательно, для изменения смачиваемости поверхности Si, многочисленные произведения были сосредоточены на химической обработке путем нанесения органических и неорганических 10 фильмов 2, или с помощью плазмы или пучка электронов обработку поверхности 11,12. Он признал, что гидрофильность Si, происходящих из существования единственного и связанных с ними групп ОН на его поверхности может быть достигнуто путем кипячения его в Н решения 2 O 2 при 100 ° С в течение нескольких минут 13. Тем не менее, гидрофобные поверхностные состояния Si, большинство из которых связано с наличием Si-H или Si-O-СН 3 группы, может быть достигнуто путем мокрого химического травления с участием обработки раствором фтористоводородной кислоты или покрытия фоторезистом 13-15. Для достижения выборочный контроль области смачиваемости Si, сложные шаги паттерна, как правило, требуется, в том числе лечения в химических растворах 16. Высокая химическая активность УФ лазерного излучения также были использованы для селективного процесс площадь органической пленкой, покрытых твердых подложках и изменять их смачиваемость 17. Тем не менее, ограниченное количество данных доступно на лазерной помощь модификации Si смачиваемость облучения образцов, погруженных в различных химических растворов.
В нашем предыдущем исследовании, УФ лазерное облучение III-V полупроводников в воздухе 18-20 и NH 3 21 был успешно использован для изменения поверхности химический состав GaAs, InGaAs и InP. Мы установили, что УФ лазерное облучение III-V полупроводников в деионизированной (DI) воды снижается поверхностные оксиды и карбиды, в то время как вода адсорбируется на поверхности полупроводника увеличивается 22. Сильно гидрофобная поверхность Si (Калифорния ~ 103 °) был получен ArF лазерного облучения образцов Si в метаноле в нашей недавней работе 23. Как указано с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), это, прежде всего, из-за способности АРФ лазера фотодиссоциация CH 3 OH. Мы также использовали KrF и АРФД лазеры для облучения Si (001) в 0,01% H 2 O 2 в деионизированной воде. Это позволило нам достичь селективного образования области superhydrophilic поверхности Si (001) характеризуются АС вблизи 15 °. Результаты XPS предполагают, что это из-за образования связей Si-OH в облучаемой поверхности 24.
Подробное описание этой новой техники с использованием KrF и АРФД лазеры для селективной области в модификации месте гидрофильного / гидрофобного поверхности Si поверхности в низкой концентрации H 2 O 2 / H 2 O и метанола решений показано в этой статье. Подробности, приведенные здесь, должно быть достаточнымчтобы подобные эксперименты должны быть выполнены заинтересованными исследователями.
Мы предложили протокол УФ лазерного облучения кремниевой пластины в микрожидкостных камере, наполненной низкой концентрации H 2 O 2 решения, чтобы вызвать superhydrophilic Si поверхность, которая в основном за счет генерации Si-ОН. УФ лазерного фотолиза Н 2 О 2 должен был сфо…
The authors have nothing to disclose.
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 Université de Sherbrooke Centre de caractérisation de matériaux (CCM) in collecting XPS data are greatly appreciated. NL acknowledges the Merit Scholarship Program for Foreign Student, Fonds de recherche du Québec – Nature et technologies, for providing a graduate student scholarship.
fluorescein stained nanospheres | Invitrogen | F8795 | |
OptiClear | National Diagnostics | OE-101 | |
ArF laser (λ=193 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
KrF laser (λ=248 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
XPS | Kratos Analytical | AXIS Ultra DLD | |
Fluorescence microscope | Olympus | IX71 | |
XPS quantitification software | CasaXPS | 2.3.15 |