तरल वातावरण में स्पंदित यूवी लेजर विकिरण से सिलिकॉन की सतह wettability के चुनिंदा क्षेत्र संशोधन
Summary
हम एचएफ के सीटू परिवर्तन 2 ओ 2 / एच 2 ओ समाधान (0.01% -0.5%) या मेथनॉल समाधान एच के साथ भरा microfluidic कक्षों में नमूने irradiating द्वारा एक हाइड्रोफिलिक या हाइड्रोफोबिक राज्य में सी (001) सतह इलाज में की एक प्रक्रिया पर रिपोर्ट एक रिश्तेदार कम नाड़ी प्रभाव से स्पंदित यूवी लेजर का उपयोग कर।
Abstract
सिलिकॉन के wettability (सी) biosensing उपकरणों की इस सामग्री और निर्माण की सतह functionalization की प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण मानकों में से एक है। हम सी wettability संशोधन के लिए प्रेरित करने के लिए मामूली कम नाड़ी fluences पर दालों की कम संख्या के साथ एक तरल वातावरण में डूब सी (001) के नमूनों irradiating KRF और आसियान क्षेत्रीय मंच लेसरों का उपयोग और संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल पर रिपोर्ट। वेफर्स उनकी आरंभिक संपर्क कोण (सीए) ~ 75 डिग्री में औसत दर्जे का परिवर्तन नहीं दिखा था एक 0.01% एच 2 ओ 2 / एच 2 ओ समाधान में करने के लिए 4 घंटे के लिए डूबे। हालांकि, एक microchamber में ऐसे वेफर्स के 500 पल्स KRF और आसियान क्षेत्रीय मंच लेज़रों विकिरण 0.01% एच के साथ भरा 2 2 हे समाधान 250 और 65 MJ / 2 सेमी में, क्रमशः के पास 15 डिग्री करने के लिए सीए कमी आई है / एच 2 हे, एक superhydrophilic सतह के गठन का संकेत है। वेफर की सतह आकृति विज्ञान की कोई औसत दर्जे परिवर्तन के साथ ओह समाप्त सी (001) के गठन की है,एक्स-रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी और परमाणु शक्ति माइक्रोस्कोपी माप द्वारा पुष्टि की गई। चयनात्मक क्षेत्र किरणित नमूने तो गैर विकिरणित क्षेत्र में nanospheres के एक सफल स्थिरीकरण, जिसके परिणामस्वरूप में 2 घंटे के लिए एक बायोटिन संयुग्मित fluorescein से सना हुआ nanospheres समाधान में डूब गए थे। इस चयनात्मक क्षेत्र biofunctionalization और उन्नत सी-आधारित biosensing आर्किटेक्चर के निर्माण के लिए विधि की क्षमता को दिखाता है। हम भी 65 एमजे की नब्ज प्रभाव पर परिचालन एआरएफ लेजर का उपयोग मेथनॉल (सीएच 3 ओह) में डूबे वेफर्स के विकिरण के एक समान प्रोटोकॉल का वर्णन / 2 सेमी और 103 के सीए के साथ सी (001) की एक जोरदार हाइड्रोफोबिक सतह के सीटू गठन में °। एक्सपीएस परिणामों Si- की एआरएफ लेजर प्रेरित गठन का संकेत (OCH 3) मनाया hydrophobicity के लिए एक्स यौगिकों जिम्मेदार। हालांकि, कोई ऐसे यौगिकों का प्रदर्शन, मेथनॉल में KRF लेजर द्वारा किरणित सी सतह पर एक्सपीएस द्वारा पाए गएKRF लेजर की अक्षमता मेथनॉल photodissociate और -OCH 3 कण बनाने के लिए।
Introduction
उल्लेखनीय इलेक्ट्रॉनिक और रासायनिक गुणों के साथ ही इसकी उच्च यांत्रिक शक्ति सिलिकॉन (Si) शास्त्रीय उपकरणों और जैव चिकित्सा चिप्स 1 के लिए एक आदर्श विकल्प बना दिया है। सी सतह के चुनिंदा क्षेत्र नियंत्रण microfluidic और प्रयोगशाला पर चिप उपकरणों 2,3 .इस अक्सर प्राप्त या तो सतह खुरदरापन की नैनो पैमाने पर संशोधन के द्वारा या सतह 4 का रासायनिक उपचार के द्वारा किया जाता है से जुड़े अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण ध्यान दिया गया है। सी सतह पर अव्यवस्थित या आदेश दिया सतह संरचनाओं का निर्माण करने के सतह roughening या patterning फोटोलिथोग्राफी 5, आयन बीम लिथोग्राफी 6 और लेजर तकनीक 7 शामिल हैं। इन तरीकों के साथ तुलना में, लेजर सतह बनावट प्रक्रिया उच्च स्थानिक संकल्प 8 के साथ microstructures का उत्पादन करने की क्षमता के साथ कम जटिल होने की सूचना है। हालांकि, सी नाड़ी प्रभाव के साथ एक ऊंचा बनावट सीमा, आवश्यकता के विकिरण के रूप मेंअपनी पृथक सीमा (~ 500 MJ / 2 सेमी) 9 से अधिक सतह बनावट प्रेरित, सी सतह की बनावट अक्सर इस तरह के एक उच्च दबाव एस एफ 6 पर्यावरण 4,7,8 के रूप में प्रतिक्रियाशील गैस वायुमंडल, रोजगार से सहायता प्रदान की गई है। नतीजतन, सी सतह के wettability को संशोधित करने के लिए, कई काम करता है 10 कार्बनिक और अकार्बनिक फिल्मों 2 जमा करने, या प्लाज्मा या इलेक्ट्रॉन बीम सतह के उपचार 11,12 का उपयोग करके रासायनिक उपचार पर ध्यान केंद्रित किया है। यह कई मिनट 13 के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर एक एच 2 ओ 2 के घोल में उबलते द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, इसकी सतह पर एकवचन और संबद्ध ओह समूहों के अस्तित्व से होने वाले सी कि hydrophilicity मान्यता प्राप्त है। हालांकि, सी एच या सी-ओ-सीएच 3 समूहों की उपस्थिति के कारण कर रहे हैं, जिनमें से ज्यादातर हाइड्रोफोबिक सी सतह राज्यों, photoresist 13 के साथ एचएफ एसिड समाधान या कोटिंग के साथ नक़्क़ाशी शामिल गीला रासायनिक से निपटने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है-15। सी के wettability के चुनिंदा क्षेत्र पर नियंत्रण हासिल करने के लिए, जटिल patterning के कदम आमतौर पर रासायनिक समाधान 16 में उपचार सहित आवश्यक हैं। यूवी लेजर विकिरण के उच्च रासायनिक जेट भी चयनात्मक क्षेत्र प्रक्रिया जैविक फिल्म लेपित ठोस substrates के लिए इस्तेमाल किया और अपने wettability 17 को संशोधित कर दिया गया है। हालांकि, डेटा की एक सीमित मात्रा में विभिन्न रासायनिक समाधान में डूबे नमूनों की विकिरण द्वारा सी wettability की लेजर की सहायता संशोधन पर उपलब्ध है।
हमारे पिछले अनुसंधान में, हवा 18-20 और एनएच 3 21 में III-V अर्धचालकों की यूवी लेजर विकिरण सफलतापूर्वक GaAs, InGaAs और InP की सतह रासायनिक संरचना में परिवर्तन करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। अर्धचालक सतह पर adsorbed पानी 22 से बढ़ जाती है, जबकि हम विआयनीकृत में III-V अर्धचालकों की कि यूवी लेजर विकिरण की स्थापना (डीआई) पानी, सतह आक्साइड और कार्बाइड कम हो जाती है। एक जोरदार हाइड्रोफोबिक सी सतह (सीए ~ 103 °) हमारे हाल ही में काम 23 में मेथनॉल में सी नमूनों की एआरएफ लेजर विकिरण द्वारा प्राप्त किया गया था। एक्स-रे Photoelectron स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS) ने संकेत दिया है, इस कारण मुख्य रूप से सीएच 3 ओह photodissociate को एआरएफ लेजर की क्षमता के लिए है। हम भी डि पानी में एच 2 ओ 2 के एक 0.01% में (001) सी चमकाना KRF और आसियान क्षेत्रीय मंच लेज़रों इस्तेमाल किया है। यह हमारे पास 15 डिग्री के सीए के द्वारा होती सी superhydrophilic सतह (001) के चुनिंदा क्षेत्र के गठन को प्राप्त करने की अनुमति दी। एक्सपीएस परिणाम इस विकिरणित सतह 24 पर सी-ओह बांड की पीढ़ी की वजह से है कि सुझाव।
एच 2 ओ 2 / एच 2 हे और मेथनॉल समाधान के कम एकाग्रता में सी सतह की हाइड्रोफिलिक / हाइड्रोफोबिक सतह के सीटू संशोधन में चयनात्मक क्षेत्र के लिए KRF और आसियान क्षेत्रीय मंच लेसरों का उपयोग कर इस नई तकनीक का एक विस्तृत विवरण इस लेख में प्रदर्शन किया है। यहाँ उपलब्ध कराई गई जानकारी के लिए पर्याप्त होना चाहिएअनुमति देने के लिए इसी तरह के प्रयोगों रुचि शोधकर्ताओं द्वारा प्रदर्शन किया जाएगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
हम कारण सी- ओह की पीढ़ी के लिए मुख्य रूप से है जो एक superhydrophilic सी सतह, प्रेरित करने के लिए एच 2 ओ 2 समाधान की एकाग्रता कम से भरा एक microfluidic कक्ष में सी वफ़र की यूवी लेजर विकिरण के एक प्रोटोकॉल का प्रस्ताव कि?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.
Materials
| 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 |
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