Selective Area Modification de la Silicon mouillabilité de surface par irradiation laser pulsé UV en milieu liquide

L'objectif général de cette expérience est de démontrer la formation de surfaces à la fois hydrophiles et hydrophobes sur du silicone par irradiation à l'aide de lasers au fluorure de krypton et au fluorure d'argon à partir d'échantillons immergés dans des solutions diluées de peroxyde d'hydrogène ou de méthanol. Cette méthode peut aider à répondre à certaines questions clés dans le domaine de l'interaction laser-semiconducteur concernant la modification chimique sélective de zone sur la surface du semiconducteur, ce qui pourrait être adapté à des applications de biosenseur. Le principal avantage de cette technique réside dans sa capacité à être appliquée pour le contrôle in situ de la viabilité de la surface du silicium sans nécessiter de mise sous vide.

Morphologie du semiconducteur. Nous avons d'abord eu l'idée de cette méthode. Nous étudions un procédé utilisant un laser U pour la formation sélective de défauts de surface utilisés dans la technologie.

Or, en raison du mélange quantique mal défini, la démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car la gestion de la population de poches d'air dans la chambre simple et l'irradiation à l'aide du faisceau homogénéisé du laser EXIM constituent des étapes relativement difficiles. Pour commencer, utilisez un stylet en diamant pour cliver une tranche de silicium dopé au phosphore de type N, présentant une face polie, en échantillons de 12 millimètres sur 6 millimètres et d'une épaisseur de 380 microns. Ensuite, nettoyez les échantillons en les rinçant pendant cinq minutes chacun dans de l'acétone, puis dans de l'alcool isopropylique.

Ensuite, attaquez les échantillons dans une solution d'acide fluorhydrique à 0,9 % pendant une minute afin d'éliminer l'oxyde initial, puis rincez-les à l'eau déionisée et séchez-les avec un courant d'azote de haute pureté. Conservez les échantillons préparés dans un sachet rempli d'azote pour limiter l'oxydation ; lorsqu'ils sont prêts à continuer, placez les échantillons dans une chambre haute de 0,74 millimètre. Remplissez la chambre avec une solution de peroxyde d'hydrogène à 0,01 à 0,2 % diluée dans de l'eau ou avec du méthanol DGA, puis scellez la chambre avec une fenêtre en silice fondue ayant une transmission élevée aux rayons ultraviolets.

Veillez à ce qu'aucun bulle d'air ne reste à l'intérieur de la chambre. Irradiez l'échantillon avec un faisceau homogénéisé en seulement deux sites sur chaque échantillon en augmentant le nombre d'impulsions de 100 à 600 par pas de 100 impulsions à travers un masque circulaire de quatre millimètres de diamètre. Ensuite, irradiez les échantillons de la même manière en utilisant un masque en forme de feuille d'érable.

Lorsque l'opération est terminée, rincez les échantillons avec de l'eau ionisée, puis séchez-les à l'aide d'un courant d'azote. Diluez des nanosphères de 40 nanomètres de diamètre conjuguées à la biotine et marquées avec la fluorescéine dans du PBS pour obtenir une concentration de un fois 10 à la puissance 12 particules par millilitre, à température ambiante. Ensuite, immergez les échantillons irradiés au laser au fluorure de krypton pendant deux heures dans cette solution, à température ambiante. Puis, faites tremper les échantillons irradiés dans du PBS pendant une minute afin d'éliminer les nanosphères marquées à la fluorescéine non liées présentes à la surface.

Commencez par placer l'échantillon sur une surface plane et propre, formez une goutte à l'extrémité de la microsyringe et abaissez-la lentement jusqu'à ce qu'elle entre en contact avec la surface de l'échantillon et y soit transférée. À l'aide d'une caméra CCD, capturez et enregistrez les images du profil de la goutte d'eau, puis mesurez individuellement chaque angle de contact sur chacun des sites laser. Chargez ensuite les images dans ImageJ et utilisez le module complémentaire d'analyse de gouttes « Drops Snake » pour estimer et calculer la moyenne des valeurs des angles de contact.

Commencez par transformer les images en images en niveaux de gris. Ensuite, délimitez le contour de la goutte de gauche à droite afin d'initialiser le snake. Validez la courbe reliant ces nœuds et faites évoluer la courbe en appuyant sur le bouton snake.

Répétez ce processus pour chaque gouttelette qui a été imagée. Calculez la valeur moyenne de l'angle de contact à partir de quatre sites irradiés par laser sur différents échantillons afin d'effectuer une spectroscopie de photoélectrons X. Commencez par charger les échantillons dans la chambre à vide et faites le vide jusqu'à une pression de un fois 10 à la puissance moins neuf.

Ensuite, acquérez les données de relevé de surface en modes à énergie constante avec une énergie de passage de 50 électronvolts. Ciblez une zone de 220 micromètres par 220 micromètres en utilisant une émission K alpha d'aluminium produite par un faisceau d'électrons de puissance 150 watts. Ensuite, effectuez des analyses à haute résolution sur la même zone analysée en utilisant une énergie de passage de 20 électronvolts.

Enfin, traiter les spectres acquis à l'aide du logiciel de quantification approprié conformément aux spécifications du fabricant. Ces résultats d'angle de contact ont été obtenus après une exposition moyenne de 10 minutes à des solutions de peroxyde d'hydrogène. L'angle de contact diminue avec l'augmentation du nombre d'impulsions pour toutes les différentes concentrations de peroxyde.

L'angle de contact minimum d'environ 15 degrés a été obtenu à l'aide de solutions de peroxyde d'hydrogène à 0,02 % et 0,01 % à 500 impulsions. Les données de spectroscopie photoélectronique X montrent que les quantités de dioxyde de silicium et d'hydroxyde de silicium sur les zones irradiées par un laser au fluorure de krypton sont supérieures à celles des zones non irradiées. Étant donné que les surfaces recouvertes de dioxyde de silicium présentent un angle de contact minimum de 45 à 50 degrés, et que les couches d'hydroxyde de silicium ont un angle de contact minimum de 13 degrés, la monocouche monomoléculaire superhydrophile d'hydroxyde de silicium est très probablement responsable de la diminution de l'angle de contact observée dans les échantillons irradiés.

Étant donné que les nanosphères fluorescentes revêtues de biotine s'immobilisent préférentiellement sur des surfaces de silicone hydrophobes non irradiées, le motif en forme de feuille d'érable observé sur fond vert indique la zone d'une surface fortement hydrophile fabriquée par le laser au fluorure de krypton (KRF). Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est important de se rappeler de minimiser l'oxydation due à l'exposition à l'air et de réduire la formation de bulles pendant l'irradiation laser. D'autres méthodes, utilisant par exemple des lampes UV, pourraient également être étudiées afin de modifier chimiquement la surface et lui conférer de nouvelles propriétés matérielles.

L'avantage potentiel de cette méthode réside dans sa capacité à transformer une surface en silicone de hydrophobe à hydrophile et inversement, sans retirer l'onde d'une chambre de traitement. Une fois maîtrisée, cette technique peut être réalisée en environ 30 minutes, selon la complexité du motif destiné à la modification sélective par air. Ainsi, après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment utiliser la lumière uuv d'un laser à excimère pour contrôler la capacité d'une surface en silicone dans des zones sélectionnées.

N'oubliez pas que le travail avec la lumière UV peut être extrêmement dangereux et que des équipements de protection contre les UV doivent toujours être portés lors de l'exécution de cette procédure. De plus, le travail avec l'acide fluorhydrique est dangereux et exige le port de gants en caoutchouc et d'un équipement de protection faciale.