Selektive Bereichsänderung des Siliziumoberfläche Benetzbarkeit durch gepulste UV-Laser-Bestrahlung in flüssigen Umgebung

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die Bildung sowohl hydrophiler als auch hydrophober Oberflächen auf Silikon durch Bestrahlung mit Kryptonfluorid- und Argonfluorid-Lasern aus Proben zu demonstrieren, die in eine geringe Konzentration von Wasserstoffperoxidlösungen oder Methanol getaucht sind. Diese Methode kann dazu beitragen, einige Schlüsselfragen im Bereich der Laser-Halbleiter-Wechselwirkung bezüglich der selektiven chemischen Modifikation der Halbleiteroberfläche zu beantworten, die für Biosensorik-Anwendungen geeignet sein könnte. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie in Stahl eingesetzt werden können, um die Viabilität der Siliziumoberfläche ohne Vakuumierfläche zu kontrollieren.

Morphologie des Halbleiters. Die Idee zu dieser Methode hatten wir zuerst. Wir untersuchen das U-Laserbasisverfahren zur selektiven Flächenbildung von Oberflächendefekten, das in der Technologie verwendet wird.

Da es sich nun um eine quantenmale Vermischung handelt, ist die visuelle Demonstration dieser Methode von entscheidender Bedeutung, da die Population der Lufteinschlüsse in der einfachen Kammer und die Strahlung mit dem homogenisierten Strahl des EXIM-Lasers relativ schwierige Schritte sind. Verwenden Sie zunächst einen Diamantritzer, um einen Phosphor-Obed-Siliziumwafer mit einer polierten Seite in 12 Millimeter x sechs Millimeter große Proben mit einer Dicke von 380 Mikrometern zu spalten. Reinigen Sie dann die Proben, indem Sie sie jeweils fünf Minuten lang in Dine-Aceton und dann mit Isopropylalkohol spülen.

Anschließend werden die Proben eine Minute lang in einer 0,9%igen Flusssäurelösung geätzt, um das ursprüngliche Oxid zu entfernen, dann in entionisiertem Wasser gespült und mit einem Strom hochreinen Stickstoffs getrocknet. Lagern Sie die vorbereiteten Proben in einem mit Stickstoff gefüllten Beutel, um die Oxidation einzudämmen. Wenn Sie fortfahren möchten, legen Sie die Proben in eine 0,74 Millimeter hohe Kammer. Füllen Sie die Kammer mit 0,01 bis 0,2 % Wasserstoffperoxid, verdünnt in Wasser oder mit DGAs-Methanol, und versiegeln Sie dann die Kammer mit einem Quarzglasfenster, das eine hohe Durchlässigkeit für UV-Licht aufweist.

Stellen Sie sicher, dass sich keine Lufteinschlüsse in der Kammer befinden. Bestrahlen Sie die Probe mit einem homogenisierten Strahl an nur zwei Stellen auf jeder Probe, indem Sie die Pulszahl von 100 auf 600 in Schritten von 100 Impulsen durch eine kreisförmige Maske mit einem Durchmesser von vier Millimetern erhöhen. Bestrahlen Sie anschließend die Proben auf die gleiche Weise mit einer Ahornblattmaske.

Wenn Sie fertig sind, spülen Sie die Proben mit dem ionisierten Wasser ab und trocknen Sie sie dann mit einer Stickstoffspülung, verdünnen Sie Biotin-konjugierte und fluoresceingefärbte Nanokugeln mit einem Durchmesser von 40 Nanometern mit PBS auf einmal 10 bis 12 Partikel pro Milliliter bei Raumtemperatur. Tauchen Sie anschließend die mit dem Kryptonfluoridlaser bestrahlten Proben zwei Stunden lang bei Raumtemperatur in diese Lösung. Weichen Sie dann die bestrahlten Proben eine Minute lang in PBS ein, um ungebundene, mit Fluorescein gefärbte Nanokugeln von der Oberfläche zu entfernen.

Beginnen Sie damit, die Probe auf eine saubere, ebene Oberfläche zu legen, einen Tropfen an der Spitze der Mikrospritze zu formen und sie langsam auf die Probenoberfläche abzusenken, bis sie Kontakt hat und auf die Oberfläche übergeht. Erfassen und speichern Sie mit einer CCD-Kamera die Wassertropfen-Profilbilder, messen Sie jeden Kontaktwinkel unabhängig voneinander an jeder der Laserstellen. Laden Sie dann die Bilder in Bild J und verwenden Sie das Drop-Analyse-Plugin drops snake, um die Kontaktwinkelwerte zu schätzen und zu mitteln.

Beginnen Sie damit, die Bilder in Graustufenbilder umzuwandeln. Umreißen Sie als Nächstes die Drop-Kontur von links nach rechts, um die Schlange zu initialisieren. Akzeptieren Sie die Kurve, die diese Knoten verbindet, und entwickeln Sie die Kurve weiter, indem Sie die Schlangentaste drücken.

Wiederholen Sie diesen Vorgang für jedes abgebildete Tröpfchen. Berechnen Sie den durchschnittlichen Kontaktwinkelwert von vier laserbestrahlten Stellen auf verschiedenen Proben, um eine Röntgen-Photoelektronenspektroskopie durchzuführen. Beginnen Sie damit, die Proben in die Vakuumkammer zu laden und ein Vakuum von eins mal 10 auf minus neun zu ziehen.

Tor erfassen dann die Daten der Oberflächenvermessung in konstanten Energiemodi von 50 Elektronenvolt Durchgangsenergie. Richten Sie sich auf einen Bereich von 220 Mikrometern x 220 Mikrometern mit einer von ebeam produzierten Aluminium-K-Alpha-Emission von 150 Watt Leistung aus. Nehmen Sie als Nächstes hochauflösende Scans aus demselben analysierten Bereich mit einer Durchgangsenergie von 20 Elektronenvolt auf.

Verarbeiten Sie abschließend die erfassten Spektren mit der entsprechenden Quantifizierungssoftware gemäß den Herstellervorgaben. Diese Kontaktwinkelergebnisse wurden nach einer durchschnittlichen 10-minütigen Exposition gegenüber Wasserstoffperoxidlösungen erfasst. Der Kontaktwinkel nimmt mit zunehmender Pulszahl für alle unterschiedlichen Peroxidkonzentrationen ab.

Der minimale Kontaktwinkel von etwa 15 Grad wurde sowohl mit 0,02 als auch mit 0,01 % Wasserstoffperoxidlösungen bei 500 Pulsen erreicht. Röntgen-Photoelektronenspektroskopie-Daten zeigen, dass die Mengen an Siliziumdioxid und Siliziumhydroxid an der Stelle, die von einem Kryptonfluoridlaser bestrahlt wird, größer sind als die an den nicht bestrahlten Bereichen. Denn mit Siliziumdioxid beschichtete Oberflächen haben einen minimalen Kontaktwinkel von 45 Grad bis 50 Grad und Siliziumhydroxidschichten einen minimalen Kontaktwinkel von 13 Grad. Die superhydrophile Siliziumhydroxid-Monoschicht ist höchstwahrscheinlich für den abnehmenden Kontaktwinkel in den bestrahlten Proben verantwortlich.

Da Biotin-beschichtete fluoreszierende Nanosphären bevorzugt auf hydrophoben, nicht bestrahlten Silikonoberflächen immobilisiert sind, zeigt das auf dem grünen Hintergrund beobachtete Ahornblattmuster den Bereich einer stark hydrophilen Oberfläche an, der durch den KRF-Laser hergestellt wurde. Bei diesem Verfahren ist es wichtig, daran zu denken, die Oxidation durch Lufteinwirkung zu minimieren und die Blasenbildung während der Laserbestrahlung zu reduzieren. Auch andere Verfahren, z.B. mit UV-Lampen, könnten für chemisch modifizierte Oberflächen mit Materialfähigkeit untersucht werden.

Der potenzielle Vorteil dieses Verfahrens liegt in seiner Fähigkeit, eine Silikonoberfläche von hydrophob in hydrophil und umgekehrt umzuwandeln, ohne die Welle aus einer Prozesskammer zu entfernen. Sobald die Beherrschung abgeschlossen ist, kann diese Technik in etwa 30 Minuten abgeschlossen werden, abhängig von der Komplexität des Musters für die selektive Luftmodifikation. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie das uuv-Licht eines Ekzemlasers verwenden, um die Silikonoberfläche in ausgewählten Bereichen zu kontrollieren.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit UV-Licht extrem gefährlich sein kann und dass bei diesem Verfahren immer UV-Schutzausrüstung getragen werden sollte. Auch die Arbeit mit Flusssäure ist gefährlich und erfordert das Tragen von Gummihandschuhen und Gesichtsschutzausrüstung.