액체 환경에서의 펄스 자외선 레이저 조사에 의한 실리콘 표면의 젖음성의 선택 영역 수정
Summary
우리는 HF의 시츄 변경이 2 O 2 / H 2 O 용액 (0.01 % -0.5 %) 또는 메탄올 용액 H로 채워진 미세 유체 챔버에서 샘플을 조사함으로써 친수성 또는 소수성 상태의 Si (001) 표면 처리에서의 공정보고 상대적으로 낮은 펄스 UV 플루 언스의 레이저 펄스를 사용.
Abstract
실리콘의 젖음성 (SI)는 바이오 센싱 장치의 재료 및 제조의 표면 기능화 기술의 중요한 변수 중 하나입니다. 우리는시의 습윤성 수정을 유도하기 위해 적당히 낮은 펄스 플루 언스에서 펄스의 수가 적은 액체 환경에 침지시 (001) 샘플 조사의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하여 작동하는 프로토콜에보고한다. 웨이퍼는 초기 접촉각 (CA) ~ 75 °에서 측정 가능한 변화를 보이지 않았다 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 용액에서 최대 4 시간 동안 침지. 그러나, microchamber 이러한 웨이퍼의 500 펄스의 KrF과의 ArF 레이저 조사가 0.01 %의 H 가득 2 2 O 용액 250 65 엠제이 / ㎠에서 각각 가까운 15 °에 CA를 감소 / H O 2, 초 친수성 표면의 형성을 나타낸다. 웨이퍼의 표면 형태없이 측정 가능한 변화 OH 종료시 (001)의 형성은,이X 선 광전자 분광법 및 원자력 현미경 측정에 의해 확인되었다. 선택 영역 샘플 조사는 비 조사 영역에서 나노 구의 성공 고정화 결과 2 시간 바이오틴 – 공액 형광 염색 나노 용액에 침지 하였다. 이것은 선택 영역 biofunctionalization 고급 Si 계 바이오 센싱 구조의 제작 방법의 가능성을 예시한다. 또한 65 mJ의 펄스 플루 언스에서 동작의 ArF 레이저를 사용하여, 메탄올 (CH 3 OH)에 침지하여 웨이퍼의 조사 유사한 프로토콜을 서술 / cm 2 (103)의 CA와의 Si (001)의 강한 소수성 표면의 인 시츄 형성 °. XPS 결과의 Si-의의 ArF 레이저 유도 형성을 나타냅니다 (OCH 3) 관찰 된 소수성에 대한 X 화합물 책임. 그러나, 이러한 화합물은 보여주는 메탄올의 KrF 레이저에 의해 조사 된 Si 표면 상 XPS에 의해 발견되지의 KrF 레이저의 무능력 메탄올을 photodissociate 및 -OCH 3 라디칼을 생성 할 수 있습니다.
Introduction
놀라운 전자 화학적 특성뿐만 아니라 기계적 강도는 실리콘 (Si) 마이크로 전자 장치 및 생물 의학 칩 (1)을위한 이상적인 선택을 만들었습니다. 실리콘 표면의 선택 영역의 제어는 마이크로 유체 및 랩 온어 칩 장치 2,3- .This 종종 수득하거나, 표면 거칠기의 나노 크기 변경에 의해 또는 표면 (4)의 화학 처리가되어 관련된 애플리케이션에 상당한 관심을 받고있다. 실리콘 표면 상에 정렬 된 표면 또는 무질서한 구조를 생성하기 위해 표면 거칠기 또는 패터닝은 포토 리소그래피 (5), 이온빔 리소그래피 (6) 레이저 (7) 기술을 포함한다. 이들 방법과 비교하여, 레이저 표면 텍스쳐링 공정은 높은 공간 해상도 8 마이크로 구조체를 제조 할 가능성이있는 덜 복잡한 것으로보고된다. 그러나시는 펄스 플루 언스에와 높은 텍스쳐 임계 값, 요구 조사를 가지고로그 절제 임계치 (~을 500mJ / cm 2) 9를 초과하는 표면 텍스쳐링을 유도, 실리콘 표면 텍스쳐링은 흔히 고압 SF 6 환경 4,7,8의 경우와 반응성 가스 분위기를 채용함으로써 지원되었다. 따라서, 실리콘 표면의 습윤성을 수정하려면 많은 작품 10 유기 및 무기 박막 (2)을 증착 또는 플라즈마 또는 전자빔 표면 처리 (11, 12)을 사용하여 화학 처리에 초점을 맞추고있다. 몇 분이 13 100 ℃에서 H 2 O 2 용액을 비등에 의해 달성 될 수있는 표면에 단수와 관련 OH 기의 존재로부터 유래의 Si의 친수성을 인식한다. 그러나의 Si-H 또는 Si-O-CH 3 기의 존재로 인한 대부분의 소수성 실리콘 표면 상태는, 포토 레지스트 (13)와 HF 산 용액 또는 코팅 에칭 관련된 습식 화학적 처리에 의해 달성 될 수있다-15. Si를 선택 영역의 습윤성 제어를 달성하기 위해, 복잡한 패터닝 공정은 일반적으로 약액 (16) 처리를 포함해야한다. UV 레이저 방사선의 높은 화학 반응성이 또한 선택 영역 프로세스 유기 막 코팅에 사용되는 고체 기질과 그 습윤성 17을 수정하고있다. 그러나 제한된 양의 데이터는 다른 화학 솔루션에 몰입 샘플 조사에 의한시의 습윤성의 레이저를 이용한 변형에서 사용할 수 있습니다.
이전 연구에서, 공기 18-20 및 NH 3 (21) III-V 반도체의 UV 레이저 조사가 성공적 갈륨 비소, 인듐 갈륨 비소 및 InP의 표면의 화학적 조성을 변경하는 데 사용 하였다. 반도체 표면에 흡착 된 물 (22)을 증가하면서 탈에서 III-V 반도체의 UV 레이저를 조사 설립 (DI) 물은 표면 산화물 및 탄화물을 감소시킨다. 강한 소수성 실리콘 표면 (CA ~ 103 °)의 최근의 일 (23)에 메탄올의 Si 샘플의 ArF 레이저를 조사하여 얻었다. X 선 광전자 분광법 (XPS)에 의해 지시 된 바와 같이, 이는 주로 기인 CH 3 OH를 photodissociate하기의 ArF 레이저의 능력이다. 우리는 또한 DI 물에 H 2 O 2의 0.01 %에 (001)시에 조사의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하고 있습니다. 이것은 우리가 가까운 15 ° CA의 특징으로 초 친수성 표면의 Si (001)의 선택 영역 형성을 달성 할 수 있었다. XPS 결과는이 조사면 (24)에 SI-OH 결합의 생성에 기인하는 것이 좋습니다.
H 2 O 2 / H 2 O 및 메탄올 솔루션의 낮은 농도에서 실리콘 표면의 친수성 / 소수성 표면의 현장 수정에서 선택 영역의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하여이 새로운 기술에 대한 자세한 설명은이 문서에서 설명된다. 여기에 제공된 정보는 충분합니다수 있도록 유사한 실험은 관심이 연구자에 의해 수행된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리 때문에 SI-OH의 발생에 주로 초 친수성 실리콘 표면을 유도하는 H 2 O 2 용액의 농도가 낮은로 채워진 미세 유체 챔버 내에 Si 웨이퍼의 UV 레이저를 조사하는 프로토콜을 제안 하였다. 라디칼 – H 2 O 2의 UV 레이저의 광분해에 부정적인 OH 충전을 형성하기로했다. 또한, UV 레이저, 광전 효과 양전하 표면 (37)의 형성을 이끈다. 따라서, 이러한 부정적?…
Disclosures
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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