Selectieve Area Wijziging van Silicon Surface Bevochtigbaarheid door Pulsed UV Laser bestraling in Liquid Milieu

Het algemene doel van dit experiment is om de vorming van zowel hydrofiele als hydrofobe oppervlakken op siliconen aan te tonen door bestraling met kryptonfluoride- en argonfluoridelasers van monsters die zijn ondergedompeld in waterstofperoxideloplossingen met een lage concentratie of methanol. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van enkele kernvragen in het veld van de laser-halfgeleiderinteractie met betrekking tot selectieve chemische modificatie van het halfgeleideroppervlak, wat geschikt kan zijn voor biosensortoepassingen. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat deze kan worden toegepast voor een nauwkeurige controle van de levensvatbaarheid van het siliconenoppervlak zonder dat een vacuüm is vereist.

Morfologie van de halfgeleider. Wij hadden eerst het idee voor deze methode. We onderzoeken een op lasers gebaseerd proces voor de selectieve vorming van oppervlaktedefecten die in de technologie worden gebruikt.

Bij kwantum-mal-vermenging is een visuele demonstratie van deze methode cruciaal, aangezien de populatie van de luchtblaasvloot in de eenvoudige kamer en de bestraling met de gehomogeniseerde straal van de EXIM-laser relatief moeilijke stappen zijn. Gebruik eerst een diamantkraspen om een fosfor-gedoteerde siliciumwafer van het eindtype met één gepolijste zijde te splijten in monsters van 12 millimeter bij zes millimeter met een dikte van 380 micron. Reinig de monsters vervolgens door ze gedurende vijf minuten telkens te spoelen in aceton en daarna in isopropylalcohol.

Ets de monsters vervolgens gedurende één minuut in een 0,9% waterstoffluoride-oplossing om de initiële oxide te verwijderen, spoel ze daarna af met gedeïoniseerd water en droog ze met een stroom hoogzuivere stikstof. Bewaar de geprepareerde monsters in een stikstofgevulde zak om oxidatie tegen te gaan; wanneer u klaar bent om verder te gaan, plaatst u de monsters in een kamer met een hoogte van 0,74 millimeter. Vul de kamer met 0,01 tot 0,2% waterstofperoxide verdund in water of met DGAs methanol, en sluit de kamer vervolgens af met een gesmolten silicavenster dat een hoge transmissie voor UV-licht heeft.

Zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de kamer achterblijven. Bestraal het monster met een homogene bundel op slechts twee plaatsen per monster door het aantal pulsen te verhogen van 100 naar 600 in stappen van 100 pulsen via een circulair masker met een diameter van vier millimeter. Bestraal vervolgens de monsters op dezelfde wijze met behulp van een masker in de vorm van een esdoornblad.

Spoel de monsters na voltooiing af met geïoniseerd water en droog ze vervolgens met een stikstofstroom. Verdun biotin-geconjugeerde en fluoresceïne-gekleurde nanosferen met een diameter van 40 nm met PBS tot 1 × 10¹² deeltjes per milliliter bij kamertemperatuur. Dompel vervolgens de met kryptonfluoridelaser bestraalde monsters gedurende twee uur in deze oplossing bij kamertemperatuur. Week de bestraalde monsters daarna één minuut in PBS om alle ongebonden fluoresceïne-gekleurde nanosferen van het oppervlak te verwijderen.

Begin met het plaatsen van het monster op een schoon, vlak oppervlak; vorm een druppel aan de punt van de microspuit en laat deze langzaam zakken naar het monsteroppervlak tot er contact ontstaat en de druppel wordt overgedragen op het oppervlak. Leg met een CCD-camera de profielbeelden van de waterdruppel vast en sla deze op, en meet elke contacthoek onafhankelijk op elke laserpositie. Laad vervolgens de beelden in ImageJ en gebruik de drop analysis-plugin drops snake om de contacthoekwaarden te schatten en te middelen.

Begin met het omzetten van de afbeeldingen naar grijstintafbeeldingen. Omtrek vervolgens de contour van de druppel van links naar rechts om de snake te initialiseren. Accepteer de curve die deze knooppunten verbindt en laat de curve evolueren door op de snake-knop te drukken.

Herhaal dit proces voor elke druppel die is afgebeeld. Bereken de gemiddelde contacthoekwaarde van vier met een laser bestraalde plaatsen op verschillende monsters om röntgen-foto-elektronspectroscopie uit te voeren. Begin met het laden van de monsters in de vacuümkamer en het trekken van een vacuüm van 1 × 10⁻⁹.

Verkrijg vervolgens de oppervlaktescans in modi met constante energie bij een pass-energie van 50 electron volt. Richt u op een gebied van 220 microns bij 220 microns met behulp van een door e-beam geproduceerde aluminium K alpha-emissie met een vermogen van 150 watt. Verkrijg daarna scans met een hoge resolutie van hetzelfde geanalyseerde gebied met een pass-energie van 20 electron volt.

Verwerk ten slotte de verkregen spectra met de geschikte kwantificatiesoftware volgens de specificaties van de fabrikant. Deze resultaten van de contacthoek zijn verkregen na een gemiddelde blootstelling van 10 minuten aan waterstofperoxide-oplossingen. De contacthoek neemt af naarmate het aantal pulsen toeneemt voor alle verschillende peroxideconcentraties.

Een minimale contacthoek van ongeveer 15 graden werd verkregen met zowel 0,02 als 0,01% waterstofperoxide-oplossingen bij 500 pulsen; data van röntgenfotoelektronspectroscopie tonen aan dat de hoeveelheden siliciumdioxide en siliciumhydroxide op de plek die is bestraald met een kryptonfluoridelaser groter zijn dan op de niet-bestraalde gebieden. Aangezien oppervlakken gecoat met siliciumdioxide een minimale contacthoek van 45 graden tot 50 graden hebben en siliciumhydroxidelagen een minimale contacthoek van 13 graden, is de superhydrofiele siliciumhydroxide-monolaag zeer waarschijnlijk verantwoordelijk voor de afnemende contacthoek in de bestraalde monsters.

Aangezien biotine-gecoate fluorescerende nanosferen bij voorkeur immobiliseren op hydrofobe, niet-bestraalde siliconen oppervlakken, geeft het esdoornbladpatroon dat op de groene achtergrond is waargenomen het gebied aan van een sterk hydrofiel oppervlak dat is gefabriceerd door de KRF-laser. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om de oxidatie door blootstelling aan lucht te minimaliseren en de vorming van bellen tijdens de laserbestraling te verminderen. Andere methoden waarbij bijvoorbeeld UV-lampen worden gebruikt, zouden ook kunnen worden onderzocht voor chemisch gemodificeerde oppervlakken met specifieke materiaaleigenschappen.

Het potentiële voordeel van deze methode ligt in het vermogen om een siliconenoppervlak van hydrofoob naar hydrofiel en vice versa te transformeren zonder het substraat uit een bewerkingskamer te verwijderen. Eenmaal beheerst, kan deze techniek in ongeveer 30 minuten worden voltooid, afhankelijk van de complexiteit van het patroon voor selectieve luchtmodificatie. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u uv-licht van een excimeerlaser kunt gebruiken om de bevochtigbaarheid van een siliconenoppervlak binnen geselecteerde gebieden te beheersen.

Vergeet niet dat werken met UV-licht extreem gevaarlijk kan zijn en dat er altijd UV-beschermende uitrusting gedragen moet worden tijdens het uitvoeren van deze procedure. Ook het werken met waterstoffluoride is gevaarlijk en vereist het dragen van rubberen handschoenen en gezichtsbescherming.