Name: 液体環境におけるパルスUVレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 48 s
Description: 学ぶ、パルスUVレーザー照射によるシリコン表面の選択的濡れ性制御法。過酸化水素またはメタノール溶液中で親水性・疎水性パターンを形成し、バイオセンシング応用への新たな手法を示す。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

この作業は、カナダ自然科学工学研究評議会(Discovery Grant No. 122795-2010)とカナダ量子半導体研究講座(JJD)のプログラムの支援を受けました。Xiaohuan Xuang氏、Mohamed Walid Hassen氏、およびUniversité de Sherbrooke Centre de caractérisation de matériaux (CCM)のSonia Blais氏の技術支援により、XPSデータの収集にご協力いただいたことに大変感謝しています。NLは、大学院生の奨学金を提供したことで、Fonds de recherche du Québec - Nature et technologiesという留学生のためのメリット奨学金プログラムを認めています。

1.サンプル調製<ol><li> （Pドープ）は、n型を切断するdiamodeスクライブを使用して12ミリメートルのx 6mmのサンプルに、直径3インチ、380ミクロンの厚さである片面研磨Siウエハ（抵抗率3.1〜4.8Ω.m）。 OptiClear、アセトン、イソプロピルアルコール（すべてのステップのために、5分）でサンプルを清掃してください。 </li><li> 1分の初期酸化物をエッチングするため〜0.9％のHF溶液中でエッチングサンプル。 DI水ですすぎ、高純度（99.999％）、窒素（N 2）で乾燥しました。 </li><li>ストアは、空気中のそれらの酸化を抑制するために、N 2袋でサンプルを用意しました。 </li></ol> ArF（λ= 193 nm）をのKrF（λ= 248 nm）のレーザー2.照射サンプル。 <ol><li>場所サンプル0.74ミリメートル背の高い室内で、その後は、UVの高い伝送（≥90％）を持つ溶融シリカ窓で室内を密閉。 0.01から0.2％の範囲内、または脱気メタでH 2 O 2 / H 2 O溶液でチャンバーを満たしますマイクロ流体チャネルを使用してNOL。 </li><li>それぞれ、2.6および1.8の縮小で均質化したArF用、KrFレーザーでサンプルを照射します。円形マスク（直径4mm）を介して100パルスのステップ100から600へのレーザパルスを増加させることによって、各サンプルにのみ2つの部位を照射します。 「メープルリーフ」（9ミリメートル×7.2ミリメートル）のマスクと同じ方法でサンプルを照射します。 </li><li> N 2フラッシュで乾燥DI水ですすぎ、サンプル、。その後すぐに、さらなる実験の前に、空気への暴露を避けるために、N 2を用いてこの容器を充填し、密封容器に試料を置き。 </li></ol> 3の固定化バイオコンジュゲートナノスフィア<ol><li> pH7.4のリン酸緩衝生理食塩水（PBS、1X）を室温で10 12粒子/ mlの溶液中のビオチン結合およびフルオレセイン染色された40 nmの直径のナノ粒子を希釈（〜25℃）。 2のためのArF用、KrFレーザー照射サンプルを浸し＆＃160; RTでこの溶液中の時間。 </li><li> PBSで洗浄サンプルは、表面に物理的に結合フルオレセイン染色ナノスフェアを排除します。 </li></ol> 4.表面キャラクタリゼーション<ol><li>接触角（CA）の測定<ol><li> RTと周囲の湿度の環境下でのゴニオメータで静的なCAの測定を行います。 </li><li>マイクロシリンジで、高純度の脱イオン水（比抵抗17.95MΩ・cm程度）を用います。同様の体積（〜5μL）は、すべての測定のために同様の高さをマイクロシリンジを低下させることにより試料表面に降下発生します。 </li><li>水はソフトウェアとCCDカメラでプロフィール画像をドロップキャプチャして保存します。同じ照射条件で独立して4つの異なる部位を測定します。 </li><li>見積もりとImageJソフトウェアからドロップ解析モジュール内のCA値を平均。画像をロードし、グレースケールにそれを変更します。プラグインDropsnakeを起動します。左からドロップ輪郭（〜10ノット）でのおおよその数ノットを配置右の蛇を初期化します。これらの結び目を結ぶ曲線を受け入れ、ヘビボタンを押してカーブを進化させます。注意：接触角は、画像や表で表示されます。 </li></ol></li><li> XPS測定<ol><li> 150 Wで働くアルKα源を装備したXPS分光計（1×10 -9トルのベース圧力）で表面化学修飾を調査： <ol><li>真空チャンバ内にサンプルをロードします。 </li><li> 220ミクロン×220ミクロンの領域から50 eVのパスエネルギーの一定のエネルギーモードにおける表面調査データを取得します。 </li><li> 20 eVのエネルギーを渡すのと同じ分析領域から高解像度のスキャンデータを取得します。 </li></ol></li><li> 25,26を参照されるプロセスは、XPSスペクトルの定量化ソフトウェアでスペクトルデータをXPS。 </li></ol></li><li>蛍光顕微鏡イメージング<ol><li>使用して、「メープルリーフ」マスクを介して照射し、染色されたナノスフェアをフルオレセインに曝露されたサンプルを、エキサイト青色光源（λ= 450〜490 nm）で。 </li><li> 4Xの倍率で蛍光倒立顕微鏡を用いて、515 nmで発光する、蛍光画像を観察します。 </li><li>参照27のように、AFMを用いてこれらの試料の表面形態を特徴づけます。 </li></ol></li></ol>

<ol><li>Liu, X., Fu, R. K. Y., Ding, C., Chu, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+plasma+surface+activation+of+silicon+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomol.+Eng%22%5BJournal%5D)">Hydrogen plasma surface activation of silicon for biomedical applications.</a> Biomol. Eng. 24, 113-117 (2007).</li>
<li>Bayiati, P., Tserepi, A., Petrou, P. S., Kakabakos, S. E., Misiakos, K., Gogolides, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrowetting+on+plasma-deposited+fluorocarbon+hydrophobic+films+for+biofluid+transport+in+microfluidics%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Electrowetting on plasma-deposited fluorocarbon hydrophobic films for biofluid transport in microfluidics.</a> J. Appl. Phys. 101, 103306-103309 (2007).</li>
<li>Daniel, S., Chaudhury, M. K., Chen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fast+Drop+Movements+Resulting+from+the+Phase+Change+on+a+Gradient+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fast Drop Movements Resulting from the Phase Change on a Gradient Surface.</a> Science. 291, 633-636 (2001).</li>
<li>Sun, C., Zhao, X. W., Han, Y. H., Gu, Z. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+water+droplet+motion+by+alteration+of+roughness+gradient+on+silicon+wafer+by+laser+surface+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Control of water droplet motion by alteration of roughness gradient on silicon wafer by laser surface treatment.</a> Thin Solid Films. 516, 4059-4063 (2008).</li>
<li>Krupenkin, T. N., Taylor, J. A., Schneider, T. M., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((From+Rolling+Ball+to+Complete+Wetting%3AThe+Dynamic+Tuning+of+Liquids+on+Nanostructured+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">From Rolling Ball to Complete Wetting:The Dynamic Tuning of Liquids on Nanostructured Surfaces.</a> Langmuir. 20, 3824-3827 (2004).</li>
<li>Martines, E., Seunarine, K., Morgan, H., Gadegaard, N., Wilkinson, C. D. W., Riehle, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Superhydrophobicity+and+Superhydrophilicity+of+Regular+Nanopatterns%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Superhydrophobicity and Superhydrophilicity of Regular Nanopatterns.</a> Nano Lett. 5, 2097-2103 (2005).</li>
<li>Ranella, A., Barberoglou, M., Bakogianni, S., Fotakis, C., Stratakis, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+cell+adhesion+by+controlling+the+roughness+and+wettability+of+3D+micro%2Fnano+silicon+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomater%22%5BJournal%5D)">Tuning cell adhesion by controlling the roughness and wettability of 3D micro/nano silicon structures.</a> Acta Biomater. 6, 2711-2720 (2010).</li>
<li>Zorba, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+silicon+hydrophobic%3A+wettability+control+by+two-lengthscale+simultaneous+patterning+with+femtosecond+laser+irradiation%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Making silicon hydrophobic: wettability control by two-lengthscale simultaneous patterning with femtosecond laser irradiation.</a> Nanotechnology. 17, 3234(2006).</li>
<li>Tsu, R., Lubben, D., Bramblett, T., Greene, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+excimer+laser+cleaning+of+airexposed+Si%28100%29+surfaces+studied+by+Auger+electron+spectroscopy%2C+electron+energyloss+spectroscopy%2C+reflection+highenergy+electron+diffraction%2C+and+secondaryion+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+A%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of excimer laser cleaning of airexposed Si(100) surfaces studied by Auger electron spectroscopy, electron energyloss spectroscopy, reflection highenergy electron diffraction, and secondaryion mass spectrometry.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 9 (100), 223-227 (1991).</li>
<li>Miramond, C., Vuillaume, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((1-octadecene+monolayers+on+Si+%28111%29+hydrogen-terminated+surfaces%3A+Effect+of+substrate+doping%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">1-octadecene monolayers on Si (111) hydrogen-terminated surfaces: Effect of substrate doping.</a> J. Appl. Phys. 96 (111), 1529-1536 (2004).</li>
<li>Chasse, M., Ross, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+aging+on+wettability+of+silicon+surfaces+modified+by+Ar+implantation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Effect of aging on wettability of silicon surfaces modified by Ar implantation.</a> J. Appl. Phys. 92, 5872-5877 (2002).</li>
<li>Aronov, D., Rosenman, G., Barkay, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wettability+study+of+modified+silicon+dioxide+surface+using+environmental+scanning+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Wettability study of modified silicon dioxide surface using environmental scanning electron microscopy.</a> J. Appl. Phys. 101, 084901-084905 (2007).</li>
<li>Bal, J. K., Kundu, S., Hazra, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+and+stability+of+langmuir-blodgett+films+on+OH-%2C+H-%2C+or+Br-terminated+Si%28001%29%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+B%22%5BJournal%5D)">Growth and stability of langmuir-blodgett films on OH-, H-, or Br-terminated Si(001).</a> Phys. Rev. B. 81, 045404(2010).</li>
<li>Bal, J., Kundu, S., Hazra, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrophobic+to+hydrophilic+transition+of+HF-treated+Si+surface+during+Langmuir+lodgett+film+deposition%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Hydrophobic to hydrophilic transition of HF-treated Si surface during Langmuir lodgett film deposition.</a> Chem. Phys. Lett. 500, 90-95 (2010).</li>
<li>Grundner, M., Jacob, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigations+on+hydrophilic+and+hydrophobic+silicon+%28100%29+wafer+surfaces+by+X-ray+photoelectron+and+high-resolution+electron+energy+loss-spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Investigations on hydrophilic and hydrophobic silicon (100) wafer surfaces by X-ray photoelectron and high-resolution electron energy loss-spectroscopy.</a> Appl. Phys. A. 39 (100), 73-82 (1986).</li>
<li>Li, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+surface+modification+in+silicon+microfluidic+channels+for+micromanipulation+of+biological+macromolecules%5BTitle%5D)+AND+%22Biomed.+Microdevices%22%5BJournal%5D)">Selective surface modification in silicon microfluidic channels for micromanipulation of biological macromolecules.</a> Biomed. Microdevices. 3, 239-244 (2001).</li>
<li>Li, X. M., Reinhoudt, D., Crego-Calama, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+do+we+need+for+a+superhydrophobic+surface%3F+A+review+on+the+recent+progress+in+the+preparation+of+superhydrophobic+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Soc.+Rev%22%5BJournal%5D)">What do we need for a superhydrophobic surface? A review on the recent progress in the preparation of superhydrophobic surfaces.</a> Chem. Soc. Rev. 36, 1350-1368 (2007).</li>
<li>Dubowski, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+quantum-well+photoluminescence+in+InGaAs%2FInGaAsP+heterostructures+following+excimer-laser-assisted+surface+processing%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Enhanced quantum-well photoluminescence in InGaAs/InGaAsP heterostructures following excimer-laser-assisted surface processing.</a> Appl. Phys. A. 69, 299-303 (1999).</li>
<li>Genest, J., Beal, R., Aimez, V., Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ArF+laser-based+quantum+well+intermixing+in+InGaAs%2FInGaAsP+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">ArF laser-based quantum well intermixing in InGaAs/InGaAsP heterostructures.</a> Appl. Phys. Lett. 93, 071106(2008).</li>
<li>Genest, J., Dubowski, J., Aimez, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suppressed+intermixing+in+InAlGaAs%2FAlGaAs%2FGaAs+and+AlGaAs%2FGaAs+quantum+well+heterostructures+irradiated+with+a+KrF+excimer+laser%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Suppressed intermixing in InAlGaAs/AlGaAs/GaAs and AlGaAs/GaAs quantum well heterostructures irradiated with a KrF excimer laser.</a> Appl. Phys. A. 89, 423-426 (2007).</li>
<li>Wrobel, J. M., Moffitt, C. E., Wieliczka, D. M., Dubowski, J. J., Fraser, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((XPS+study+of+XeCl+excimer-laser-etched+InP%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">XPS study of XeCl excimer-laser-etched InP.</a> Appl. Surf. Sci. 127-129, 805-809 (1998).</li>
<li>Liu, N., Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chemical+evolution+of+InP%2FInGaAs%2FInGaAsP+microstructures+irradiated+in+air+and+deionized+water+with+ArF+and+KrF+lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Chemical evolution of InP/InGaAs/InGaAsP microstructures irradiated in air and deionized water with ArF and KrF lasers.</a> Appl. Surf. Sci. 270, 16-24 (2013).</li>
<li>Liu, N., Hassen, W. M., Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excimer+laser-assisted+chemical+process+for+formation+of+hydrophobic+surface+of+Si+%28001%29%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A%22%5BJournal%5D)">Excimer laser-assisted chemical process for formation of hydrophobic surface of Si (001).</a> Appl. Phys. A. , 1-5 (2014).</li>
<li>Liu, N., Huang, X., Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+area+in+situ+conversion+of+Si+%280+0+1%29+hydrophobic+to+hydrophilic+surface+by+excimer+laser+irradiation+in+hydrogen+peroxide%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Selective area in situ conversion of Si (0 0 1) hydrophobic to hydrophilic surface by excimer laser irradiation in hydrogen peroxide.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 47, 385106(2014).</li>
<li>Mizuno, K., Maeda, S., Suzuki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoelectron+emission+from+silicon+wafer+surface+with+adsorption+of+organic+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Sci%22%5BJournal%5D)">Photoelectron emission from silicon wafer surface with adsorption of organic molecules.</a> Anal. Sci. 7, 345(1991).</li>
<li>Swift, J. L., Cramb, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoparticles+as+Fluorescence+Labels%3A+Is+Size+All+that+Matters%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys.+J%22%5BJournal%5D)">Nanoparticles as Fluorescence Labels: Is Size All that Matters?</a> Biophys. J. 95, 865-876 (2008).</li>
<li>Liu, N., Kh Moumanis,, Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-organized+Nano-cone+Arrays+in+InP%2FInGaAs%2FInGaAsP+Microstructures+by+Irradiation+with+ArF+and+KrF+Excimer+Lasers%5BTitle%5D)+AND+%22JLMN%22%5BJournal%5D)">Self-organized Nano-cone Arrays in InP/InGaAs/InGaAsP Microstructures by Irradiation with ArF and KrF Excimer Lasers.</a> JLMN. 7, 130(2012).</li>
<li>Grunthaner, P. J., Hecht, M. H., Grunthaner, F. J., Johnson, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+localization+and+crystallographic+dependence+of+Si+suboxide+species+at+the+SiO2%2FSi+interface%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">The localization and crystallographic dependence of Si suboxide species at the SiO2/Si interface.</a> J. Appl. Phys. 61, 629-638 (1987).</li>
<li>Heo, J., Kim, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+annealing+condition+on+low-k+a-SiOC%3A+H+thin+films%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochem.+Solid-st%22%5BJournal%5D)">Effects of annealing condition on low-k a-SiOC: H thin films.</a> Electrochem. Solid-st. 10, G11(2007).</li>
<li>Chen, Y., Helm, C., Israelachvili, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+mechanisms+associated+with+adhesion+and+contact+angle+hysteresis+of+monolayer+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">Molecular mechanisms associated with adhesion and contact angle hysteresis of monolayer surfaces.</a> J. Phys. Chem. 95, 10736-10747 (1991).</li>
<li>Miller, D., Biesinger, M., McIntyre, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interactions+of+CO2+and+CO+at+fractional+atmosphere+pressures+with+iron+and+iron+oxide+surfaces%3A+one+possible+mechanism+for+surface+contamination%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Surf+Interface+Anal%22%5BJournal%5D)">Interactions of CO2 and CO at fractional atmosphere pressures with iron and iron oxide surfaces: one possible mechanism for surface contamination?</a> Surf Interface Anal. 33, 299-305 (2002).</li>
<li>Stanowski, R., Voznyy, O., Dubowski, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Finite+element+model+calculations+of+temperature+profiles+in+Nd%3AYAG+laser+annealed+GaAs%2FAlGaAs+quantum+well+microstructures%5BTitle%5D)+AND+%22JLMN%22%5BJournal%5D)">Finite element model calculations of temperature profiles in Nd:YAG laser annealed GaAs/AlGaAs quantum well microstructures.</a> JLMN. 1, 17-21 (2006).</li>
<li>Westwater, J. W., Santangelo, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photographic+Study+of+Boiling%5BTitle%5D)+AND+%22Ind.+Eng.+Chem%22%5BJournal%5D)">Photographic Study of Boiling.</a> Ind. Eng. Chem. 47, 1605-1610 (1955).</li>
<li>Kim, J. W., Kim, H. B., Hwang, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlation+Study+on+the+Low-Dielectric+Characteristics+of+a+SiOC+%28-H%29+Thin+Film+from+a+BTMSM%2FO2+Precursor%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Korean+Phys.+Soc%22%5BJournal%5D)">Correlation Study on the Low-Dielectric Characteristics of a SiOC (-H) Thin Film from a BTMSM/O2 Precursor.</a> J. Korean Phys. Soc. 56, 89-95 (2010).</li>
<li>Ishizaki, T., Saito, N., Inoue, Y., Bekke, M., Takai, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+characterization+of+ultra-water-repellent+alumina-silica+composite+films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+D%3A+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Fabrication and characterization of ultra-water-repellent alumina-silica composite films.</a> J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 192(2006).</li>
<li>Almásy, L., Borbély, S., Rosta, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Memory+of+silica+aggregates+dispersed+in+smectic+liquid+crystals%3A+Effect+of+the+interface+properties%5BTitle%5D)+AND+%22EPJ+B%22%5BJournal%5D)">Memory of silica aggregates dispersed in smectic liquid crystals: Effect of the interface properties.</a> EPJ B. 10, 509-513 (1999).</li>
<li>Chen, L., Liberman, V., O'Neill, J. A., Wu, Z., Osgood, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultraviolet+laser-induced+ion+emission+from+silicon%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vac.+Sci.+Technol.+A%22%5BJournal%5D)">Ultraviolet laser-induced ion emission from silicon.</a> J. Vac. Sci. Technol. A. 6, 1426-1427 (1988).</li>
<li>Rice, F., Reiff, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+thermal+decomposition+of+hydrogen+peroxide%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem%22%5BJournal%5D)">The thermal decomposition of hydrogen peroxide.</a> J. Phys. Chem. 31, 1352-1356 (1927).</li>
<li>Quickenden, T. I., Irvin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ultraviolet+absorption+spectrum+of+liquid+water%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">The ultraviolet absorption spectrum of liquid water.</a> J. Chem. Phys. 72, 4416-4428 (1980).</li>
<li>Andre, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Product+pair+correlation+in+CH3OH+photodissociation+at+157+nm%3A+the+OH%2B+CH3+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Product pair correlation in CH3OH photodissociation at 157 nm: the OH+ CH3 channel.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 2350-2355 (2011).</li>
<li>Cheng, B. M., Bahou, M., Chen, W. C., Yui, C. H., Lee, Y. P., Lee, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+and+theoretical+studies+on+vacuum+ultraviolet+absorption+cross+sections+and+photodissociation+of+CH3OH%2C+CH3OD%2C+CD3OH%2C+and+CD3OD%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys.%22%5BJournal%5D)">Experimental and theoretical studies on vacuum ultraviolet absorption cross sections and photodissociation of CH3OH, CH3OD, CD3OH, and CD3OD.</a> J. Chem. Phys.. 117, 1633-1640 (2002).</li>
<li>Schiffman, A., Nelson, D. D. Jr, Nesbitt, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantum+yields+for+OH+production+from+193+and+248+nm+photolysis+of+HNO3+and+H2O2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys.%22%5BJournal%5D)">Quantum yields for OH production from 193 and 248 nm photolysis of HNO3 and H2O2.</a> J. Chem. Phys.. 98, 6935-6946 (1993).</li>
<li>Nishino, T., Meguro, M., Nakamae, K., Matsushita, M., Ueda, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Lowest+Surface+Free+Energy+Based+on+-CF3+Alignment%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">The Lowest Surface Free Energy Based on -CF3 Alignment.</a> Langmuir. 15, 4321-4323 (1999).</li>
</ol>

著者らは開示するものは何もない。

我々が原因のSi-OHの生成に主に超親水Si表面を誘発するためにH 2 O 2溶液の低濃度で満たされたマイクロ流体チャンバ内のSiウエハのUVレーザー照射プロトコルを提案しています。ラジカル- H 2 O 2のUVレーザー光分解は負に帯電し、OHを形成することになりました。また、UVレーザー光電効果は、正に帯電した表面37が形成されます。従って、これらの負の相互作用OH -正に帯電した表面を有する基は、表面上のSi-OHの生成につながります。シリコン15と反応-そこで、レーザパルス数を増加させることにより親水性を増加させ、OHの濃度を増加させることができます。 H 2 O 2が熱力学的に不安定であり、その分解がdescribあるためしかし、親水性が増加し、さらには工程中に大きなパルス数に減少を止めシリコンの表面近傍領域に過度に形成されたO 2の結果 2H 2 O 2→...

注目すべき電子的および化学的性質だけでなく、その高い機械的強度は、シリコン（Si）のマイクロエレクトロニクスデバイスおよび生物医学チップ1のための理想的な選択をしました。 Si表面の選択領域の制御は、マイクロ流体を含む用途およびラボオンチップデバイス2,3 .Thisために大きな注目を受 ​​けているが、多くの場合、表面粗さのナノスケールの修飾により又は表面4の化学処理のいずれかによって得られます。 Si表面に不規則又は規則の表面構造を生成するために粗面化またはパターニングは、フォトリソグラフィ5、イオンビームリソグラフィー6及びレーザ技術7を含みます 。これらの方法に比べて、レーザ表面テクスチャリング工程は、高空間分解能8に微細構造を生成する可能性を有するより複雑であると報告されています。しかし、Siはにパルスフルエンスの照射を必要とする、上昇テクスチャリングのしきい値を持っているとして、そのアブレーション閾値（〜500ミリジュール/ cm 2）で9を超える表面テクスチャリングを誘発し、Si表面のテクスチャリングは、しばしば、このような高圧SF 6環境4,7,8のものと反応性ガス雰囲気を使用することによって支援されています。これにより、Si表面の濡れ性を改変するために、多数の作品は10有機および無機膜2を堆積し 、プラズマまたは電子ビーム表面処理11,12を使用して、化学的処理に焦点を当てています。これは、その表面に単数および関連するOH基の存在に由来するシリコンの親水性は、数分13 100℃でH 2 O 2溶液中で煮沸することによって達成され得ることが認識されます。ただし、のSi-H又はSi-O-CH 3基の存在に起因している大部分の疎水性のSi表面の状態は、フォトレジスト13を HF酸溶液またはコーティングをエッチング含む湿式化学処理によって達成することができます-15。 Siとの濡れ性の選択領域の制御を達成するために、複雑なパターニング工程は、通常、薬液16中に治療を含む、必要とされます。 UVレーザー放射の高い化学反応性はまた、選択領域プロセス有機膜コーティングされた固体支持体に使用され、それらの湿潤性17を変更されています。しかし、限られた量のデータは、異なる化学溶液に浸漬した試料の照射によるSiの濡れ性のレーザーアシスト修正で提供されています。 我々の以前の研究では、空気18-20及びNH 3 21におけるIII-V半導体のUVレーザー照射が正常のGaAs、InGaAsのとInPの表面の化学組成を変更するために使用しました。半導体表面に吸着した水22を上昇させる一方で、我々は、脱イオン中III-V半導体のUVレーザー照射を確立し（DI）水は、表面酸化物および炭化物を減少させます。強い疎水性Si表面（CA〜103°）が我々の最近の研究23で、メタノール中のSiサンプルのArFレーザを照射して得ました。 X線光電子分光法（XPS）によって示されるように、これは、主にCH 3 OHをphotodissociateするArFレーザの能力です。我々はまた、DI水中のH 2 O 2を0.01％に（001）シリコンを照射するのKrFや、ArFレーザを使用しました。これは、私たちは近くに15°のCAによって特徴づけたSiの超親水性表面（001）の選択領域の形成を達成することができました。 XPSの結果は、この照射面24上のSi-OH結合の生成によるものであることを示唆しています。 H 2 O 2 / H 2 Oおよびメタノール溶液の低濃度のSi表面の親水性/疎水性表面のその場での変更で選択領域のためのKrFやArFレジストレーザーを使用して、この新しい技術の詳細については、この記事で示されています。ここで提供される詳細が十分でなければなりません同様の実験は、関心のある研究者によって実行されることを可能にします。

<table><tbody><tr><td>フルオレセイン染色ナノスフェア</td><td>Invitrogen</td><td>F8795</td><td></td></tr><tr><td>OptiClear</td><td>National Diagnostics</td><td>OE-101</td><td></td></tr><tr><td>ArF レーザー (&lambda;=193 nm)</td><td>Lumonics</td><td>パルスマスター 800</td><td></td></tr><tr><td>KrF レーザー (&lambda;=248 nm)</td><td>Lumonics</td><td>パルスマスター 800</td><td></td></tr><tr><td>XPS</td><td>Kratos Analytical</td><td>AXIS Ultra DLD</td><td></td></tr><tr><td>蛍光顕微鏡</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>XPS 定量ソフトウェア</td><td>CasaXPS</td><td>2.3.15</td><td></td></tr></tbody></table>

液体環境におけるパルスuvレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

シリコンの濡れ性（Si）は、表面、この材料の機能化及びバイオセンシングデバイスの製造の技術における重要なパラメータの一つです。我々は、Siの濡れ性の変更を誘導するために適度に低いパルスフルエンスのパルス数が少ない液体環境中に浸漬したSi（001）のサンプルを照射のKrFやArFレジストレーザを用いて動作のプロトコルに報告します。ウエハは、彼らの初期の接触角（CA）〜75°の測定可能な変化を示さなかった0.01％のH 2 O 2 / H 2 O溶液中で最大4時間浸漬しました。しかし、500パルスのKrFと250と65ミリジュール/ cm 2で0.01％のH 2 O 2 / H 2 O溶液で満たされたマイクロチャンバー内のようなウェーハのArFレジストのレーザー照射は、それぞれ、近い15°にCAを減少しています超親水性表面の形成を示します。ウェハの表面形態の無い測定可能な変化とOH-終端Si（001）の形成は、持っていますX線光電子分光法及び原子間力顕微鏡測定によって確認されました。選択領域に照射サンプルは、非照射領域におけるナノスフェアの成功固定化の結果、2時間、ビオチン結合フルオレセイン染色ナノスフィア溶液に浸漬しました。これは高度なSi系バイオセンシング・アーキテクチャの選択領域の生体機能化および製造のための方法の可能性を示しています。また、65ミリジュールのパルスフルエンスで動作するArFレーザを用いて、メタノール（CH 3 OH）に浸漬ウエハの照射の同様のプロトコルを記述/ cm 2であり、103のCAを有するSi（001）の強い疎水性表面のその場形成の °。 XPSの結果は、Si-でのArFレーザ誘起される形成の観察された疎水性のために（OCH 3）Xの化合物責任を示しています。しかしながら、そのような化合物を実証し、メタノール中でKrFレーザーにより照射したSi表面上のXPSによって検出されませんでしたKrFレーザのできないことは、メタノールをphotodissociateと-OCH 3ラジカルを作成します。

これらの代表的な結果は、我々の以前発表された研究23,24で提示されている。 図1を H、異なる濃度のためのDI H 2 Oで250ミリジュール/ cm 2のKrFレーザーによって照射サイト上のN対CA（パルス数）を示しています2 O 2 / H 2 O 溶液 （例えば、0.01、0.02、0.05および0.2％）。 CAは、すべてのH 2 O 2溶液のためのパルス数の増加に伴って減少します。 0.02および0.01％H 2 O 2溶液のための最小のCA（〜15°）が500パルスで得られます。むしろ大きなCAは、より大きなパルス数（N≥500）で0.05〜0.2％H 2 O 2溶液について観察されました。同時に、それは、H 2 O 2濃度が0.2％と0.02から増加するように照射せず、試料のCA（N = ...

我々は、H 2 O 2 / H 2 O溶液（0.01％-0.5％）またはメタノール溶液で満たされたマイクロ流体チャンバ内でサンプルを照射することにより、親水性又は疎水性の状態にするのSi（001）表面を処理されたHF の現場変更でのプロセスについて報告相対的な低パルスフルエンスのパルスUVレーザーを使用して。

液体環境におけるパルスUVレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

この実験の全体的な目的は、低濃度の過酸化水素溶液またはメタノールに浸漬させたシリコン試料に、クリプトンフルオリドおよびアルゴンフルオリドレーザーを照射することで、親水性表面と疎水性表面の両方の形成を実証することです。この手法は、バイオセンシングへの応用に適している可能性のある、半導体表面の選択的領域化学修飾に関するレーザーと半導体の相互作用分野におけるいくつかの重要な疑問に答えるのに役立ちます。この技術の主な利点は、真空環境に置くことなくシリコン表面の生存性を精密に制御するために適用できることです。半導体の形態。我々はまず、この手法の着想を得ました。我々は、この技術で使用される表面欠陥の選択的領域形成のためのUレーザーベースのプロセスについて研究しています。量子混合同時発生において、単純なチャンバー内の気泡群の制御とEXIMレーザーの均質化ビームによる照射は比較的困難な工程であるため、本手法の視覚的な実演が不可欠となります。まず、ダイヤモンドスクライバーを用いて、片面研磨済みのn型リンドープシリコンウェハを、厚さ380 µm、サイズ12 mm × 6 mmのサンプルに劈開します。次に、サンプルをアセトンで洗浄し、続いてイソプロピルアルコールでそれぞれ5分間すすいで洗浄します。次に、サンプルを0.9%フッ化水素酸溶液で1分間エッチングして初期酸化膜を除去し、脱イオン水で洗浄後、高純度窒素気流で乾燥させます。準備したサンプルは、酸化を抑制するため窒素充填バッグに入れて保存してください。次の工程に進む際は、サンプルを高さ0.74 millimeterのチャンバーに入れます。チャンバーに水で希釈した0.01から0.2%過酸化水素、またはDGAメタノールを満たし、UV光透過率の高い溶融石英ウィンドウでチャンバーを密封します。チャンバー内に気泡が残っていないことを確認してください。直径4 mmの円形マスクを用い、パルス数を100から600まで100パルス刻みで増やしながら、各サンプルの2箇所のみに均質化されたビームを照射します。次に、カエデの葉の形状をしたマスクを用いて、同様にサンプルに照射してください。完了後、サンプルをイオン水で洗浄し、窒素ブローで乾燥させます。室温で、ビオチン結合およびフルオレセイン標識された直径40 nmのナノ粒子をPBSで1 × 10¹² particles/mLに希釈します。次に、クリプトンフッ化物レーザー照射済みのサンプルを、この溶液に室温で2時間浸漬させます。その後、照射済みサンプルをPBSに1分間浸漬し、表面に残っている未結合のフルオレセイン標識ナノ粒子を除去します。まず、サンプルを清潔で平らな面に配置します。マイクロシリンジの先端に液滴を形成させ、サンプル表面に接触して転移するまでゆっくりと下げます。CCDカメラを用いて水滴のプロファイル画像をキャプチャして保存し、各レーザー照射部位における接触角を個別に測定します。次に、画像をImage Jに読み込み、ドロップ解析プラグインのdrops snakeを用いて接触角の値を推定し、平均化します。まず、画像をグレースケール画像に変換します。次に、スネーク（snake）を初期化するために、液滴の輪郭を左から右に向かって囲みます。これらのノット（結節点）を結ぶ曲線を確定し、snakeボタンを押して曲線を変化させます。撮像した各液滴についてこの操作を繰り返します。X線光電子分光分析を行うため、異なるサンプルのレーザー照射部位4か所から平均接触角を算出します。まず、サンプルを真空チャンバーにロードし、1×10⁻⁹まで真空引きします。次に、パスエネルギー50 eVの定エネルギーモードで表面サーベイデータを取得します。150 Wの出力で電子ビームにより生成されたアルミニウムKα線を用い、220 µm × 220 µmの領域をターゲットにします。続いて、同じ分析領域からパスエネルギー20 eVを用いて高分解能スキャンデータを取得します。最後に、メーカーの仕様に従い、適切な定量ソフトウェアを用いて取得したスペクトルを処理します。これらの接触角の結果は、過酸化水素溶液に平均10分間曝露した後に取得されました。すべての異なる過酸化水素濃度において、パルス数が増加するにつれて接触角が減少します。500パルスの照射において、0.02%および0.01%の両方の過酸化水素溶液を用いて約15度の最小接触角が得られました。X線光電子分光法（XPS）のデータは、クリプトンフッ化物レーザーで照射された部位の二酸化ケイ素および水酸化ケイ素の量が、非照射領域よりも多いことを示しています。二酸化ケイ素でコーティングされた表面の最小接触角は45度から50度であり、水酸化ケイ素層の最小接触角は13度であるため、照射サンプルにおける接触角の低下は、超親水性の水酸化ケイ素単分子層によるものである可能性が非常に高いと考えられます。ビオチンコーティングされた蛍光ナノ粒子は、非照射の疎水性シリコン表面に優先的に固定されるため、緑色の背景に観察されるカエデの葉のパターンは、KRFレーザーによって作製された強親水性表面の領域を示しています。この手順を行う際は、空気への曝露による酸化を最小限に抑え、レーザー照射中の気泡発生を低減させることが重要です。また、材料の能力に応じて、例えばUVランプを用いた他の方法による表面の化学修飾についても検討が可能です。この手法の潜在的な利点は、処理チャンバーからウェハを取り出すことなく、シリコン表面を疎水性から親水性へ、あるいはその逆に変化させることができる点にあります。習熟すれば、選択的な表面修飾のためのパターンの複雑さにもよりますが、この技術的な操作は約30分で完了します。したがって、このビデオを視聴することで、エキシマレーザーのUV光を用いて、シリコン表面の選択的な領域の濡れ性を制御する方法について十分に理解できるはずです。UVライトを使用した作業は極めて危険であるため、本手順の実施中は常にUV保護具を着用してください。また、フッ化水素酸を取り扱うことは危険であり、ゴム手袋とフェイスシールドの着用が必要です。

selective-area-modification-silicon-surface-wettability-pulsed-uv

Research

JoVE Journal

Engineering

工学

ここでは、反応性有機単分子膜とパターニング酸化物フリーシリコンとゲルマニウムのためのシンプルな方法を説明し、小分子とタンパク質とのパターン化された基質の官能基を示す。アプローチは完全に、化学的酸化から表面を保護する機能の形態を正確に制御を提供し、化学的に判別パターンにすぐにアクセスを提供します。...

ソフトリソグラフィ機能化およびパターニング酸化物フリーシリコンとゲルマニウム

従来の光リソグラフィーの回折限界は、低光強度での光異性化によって誘起される有機フォトクロミック誘導体の遷移を利用することで克服できることを報告します。1-3...

光可飽和遷移を経由してパターニング - 作製と特性評価

バルクシリコンの欠陥の再結合活性を調べるRT液体表面パッシベーション技術が記載されています。 1分間15％のフッ酸と、（iii）照明（I）において、化学洗浄及びシリコンのエッチング、シリコンの（ii）の浸漬：技術を成功させるには、3つの重要な手順が必要です。...

ライト強化フッ酸不動態化：バルクシリコン欠陥を検出するための高感度テクニック

表面の2種類のシリカナノ粒子の層でコーティングされたポリエステル被覆鋼およびポリエステルを、調べました。両表面は、表面の化学的性質およびナノトポグラフィーでの実質的な変化を引き起こすことが見出された日光に暴露しました。...

日光への露出表面上にシリカナノ粒子 - ポリエステルコーティングの進化

均一なサイズのナノ粒子は、電子ビーム（Eビーム）リソグラフィによりポリパターニングコンタクトホール寸法の変動（メチルメタクリレート）（PMMA）フォトレジスト膜を除去することができます。プロセスは、フォトレジストのリフロー及びプラズマ・湿式エッチング工程に続いて、コンタクトホール内にナノ粒子を中心と堆積する静漏斗を含みます。...

犠牲ナノ粒子の使用は、電子ビームリソグラフィにより作製したコンタクトホール内にショットノイズの影響を除去します

ナノメートルの厚さのブラシまたはミクロン厚のパターン蒸着、アズラクトン...

ブラシのような反応性表面を加工し、アズラクトン官能基化ブロック共重合体の架橋膜

この研究は、フォトリソグラフィとドライエッチングを使用してSiO2/Siウエハース上の再入可能および二重の再入可能プロファイルを備えた空洞および柱を達成するための微細加工プロトコルを提示する。得られたマイクロテクスチャー表面は、シリカの本質的な濡れ性にもかかわらず、湿潤液体の下の空気の堅牢な長期的な捕捉を特徴とする顕著な液体の反発を示す。...

再入可能および二重再入可能なキャビティまたは柱を含むガスを覆うマイクロテクスチャを彫ることによってSiO2/Si表面をレンダリングする

ここでは、集積回路微細加工技術を用いてSiO2/Siウエハースからガス包絡膜(GEM)を実現するための段階的なプロトコルです。シリカ-GEMを水に浸すと、水を使うシリカの組成にもかかわらず、水の侵入が防止されます。...

水を愛するSiO2 /Si/SiO2ウェハーから得られるガス包み込み膜の概念実証

20nm以下の形状精度を持つ3Dマイクロスケールの特徴を固体および多孔質シリコンウエハーに金属アシストした化学インプリンティング用プロトコルが提示されています。...

金属補導電気化学ナノインプリンティングの多孔質および固体シリコンウエハー

高強度レーザーパルスを用いた薄い金箔の自動照射プロトコルを提示します。このプロトコルには、マイクロマシニングターゲット製造プロセスのステップバイステップの説明と、ターゲットが0.2Hzの速度でレーザーの焦点に持ち込まれる方法についての詳細なガイドが含まれています。...

激しいレーザー照射実験のためのマイクロ加工対象の自動送達

このプロトコルは、シランでコーティングされたナノ多孔質表面への逐次デジタルパターニングとグラフトを介して滑りやすい三次元構造を製造するための光誘起法を提示します。このアプローチにより、滑りやすい領域の空間制御された形成が可能になり、パターン化された撥液性と界面滑り度の定量分析が可能になり、流体操作や表面工学に応用できます。...

シラン被覆ナノ多孔質構造に基づく滑りやすい表面の光誘起パターニングとグラフト化

学ぶ、パルスUVレーザー照射によるシリコン表面の選択的濡れ性制御法。過酸化水素またはメタノール溶液中で親水性・疎水性パターンを形成し、バイオセンシング応用への新たな手法を示す。

液体環境におけるパルスUVレーザー照射によるシリコン表面の濡れ性の選択エリア変更

さらに動画を探す