Name: Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-11-09T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 48 s
Description: Poznaj modyfikację zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego lasera UV w środowisku ciekłym. Ta metoda umożliwia selektywną modyfikację chemiczną bez warunków próżniowych, co otwiera nowe możliwości w zastosowaniach biosensorycznych.

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

playerTrialDesktop

Ta praca była wspierana przez Natural Science and Engineering Research Council of Canada (Discovery Grant No. 122795-2010) oraz program Canada Research Chair in Quantum Semiconductors (JJD). Bardzo doceniana jest pomoc udzielona przez Xiaohuan Xuang, Mohameda Walida Hassena oraz pomoc techniczna Sonii Blais z Université de Sherbrooke Centre de caractérisation de matériaux (CCM) w zbieraniu danych XPS. NL dziękuje Programowi Stypendialnemu Merit dla Studentów Zagranicznych, Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies, za zapewnienie stypendium dla absolwentów.

1. Przygotowanie próbki
<ol>
	<li>Użyj rysika diamodowego, aby rozszczepić jednostronnie polerowaną płytkę Si typu n (domieszkowaną P) (rezystywność 3,1 ~ 4,8 Ω m), która ma 3 cale średnicy, 380 μm grubości, na próbki o wymiarach 12 mm x 6 mm; oczyść próbki w OptiClear, acetonie i alkoholu izopropylowym (5 minut na każdy etap).</li>
	<li>Wytrawiaj próbki w ~0,9% roztworze HF przez 1 minutę, aby usunąć początkowy tlenek; spłucz wodą DI i wysusz w azocie o wysokiej czystości (99,999%) (N2).</li>
	<li>Przygotowane próbki należy przechowywać w workuN2, aby ograniczyć ich utlenianie w powietrzu.</li>
</ol>
2. Naświetlanie próbek za pomocą laserów ArF (λ=193 nm) i KrF (λ=248 nm).
<ol>
	<li>Umieść próbki w komorze o wysokości 0,74 mm, a następnie uszczelnij komorę okienkiem ze stopionej krzemionki, która ma wysoką przepuszczalność w promieniowaniu UV (≥90%). Napełnić komorę roztworemH2O2/H2Ow zakresie 0,01-0,2 % lub odgazowanym metanolem za pomocą kanału mikroprzepływowego.</li>
	<li>Napromieniać próbki homogenizowanymi laserami ArF lub KrF z powiększeniem odpowiednio 2,6 i 1,8. Naświetlaj tylko 2 miejsca na każdej próbce, zwiększając impulsy laserowe od 100 do 600 impulsów w kroku co 100 impulsów przez okrągłą maskę (o średnicy 4 mm). Napromieniać próbki w ten sam sposób za pomocą maski z "liścia klonu" (9 mm x 7,2 mm).</li>
	<li>Wypłukać próbki w wodzie demineralizowanej, osuszyć płukaniemN2; umieścić próbki w szczelnie zamkniętym pojemniku, a następnie szybko napełnić ten pojemnikN2, aby uniknąć kontaktu z powietrzem przed dalszymi eksperymentami.</li>
</ol>
3. Immobilizacja bio-sprzężonych nanosfer
<ol>
	<li>Rozcieńczyć nanosfery sprzężone z biotyną i barwione fluoresceiną o średnicy 40 nm w roztworze soli fizjologicznej buforowanym fosforanem o pH 7,4 (PBS, 1X) do 1012 cząstek/ml w temperaturze pokojowej (~25 °C). Zanurz próbki napromieniowane laserem ArF lub KrF na 2 godziny w tym roztworze w temperaturze pokojowej.</li>
	<li>Przemyj próbki PBS, aby wyeliminować fizycznie związane nanosfery zabarwione fluoresceiną na powierzchni.</li>
</ol>
4. Charakterystyka powierzchni
<ol>
	<li>Pomiar kąta zwilżania (CA)
	<ol>
		<li>Przeprowadzać statyczne pomiary CA za pomocą goniometru w środowisku o natężeniu ciepła i wilgotności otoczenia.</li>
		<li>Zastosuj wodę o wysokiej czystości (rezystywność 17,95 MΩ·cm) w mikrostrzykawce; wygeneruj podobną objętość (~5 μl) kropli na powierzchni próbki, opuszczając mikrostrzykawkę na podobną wysokość dla każdego pomiaru.</li>
		<li>Przechwytuj i zapisuj zdjęcia profilowe kropli wody za pomocą kamery CCD za pomocą oprogramowania. Zmierz niezależnie 4 różne miejsca o tych samych warunkach napromieniowania.</li>
		<li>Oszacuj i uśrednij wartości CA w module analizy kropli z oprogramowania ImageJ; załaduj obraz i zmień go na skalę szarości; uruchom wtyczkę Dropsnake; umieść mniej więcej kilka węzłów na konturze kropli (~10 węzłów) od lewej do prawej, aby zainicjować węża; zaakceptuj krzywą łączącą te węzły i rozwiń krzywą, naciskając przycisk węża. Uwaga: kąty działania są wyświetlane na rysunku i w tabeli.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Pomiar XPS
	<ol>
		<li>Zbadaj modyfikację chemiczną powierzchni za pomocą spektrometru XPS (ciśnienie podstawowe 1x10-9 Torr) wyposażonego w źródło Al Kα pracujące z mocą 150 W:
		<ol>
			<li>Załaduj próbki do komory próżniowej.</li>
			<li>Pozyskaj dane z badań powierzchni w stałych modach energetycznych 50 eV energii przejścia z obszaru 220 μm x 220 μm.</li>
			<li>Pobieraj dane skanowania o wysokiej rozdzielczości z tego samego analizowanego obszaru przy energii przejścia 20 eV.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Przetwarzaj dane widm XPS za pomocą oprogramowania do kwantyfikacji widm XPS, jak wspomnianow 25,26.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obrazowanie mikroskopem fluorescencyjnym
	<ol>
		<li>Wzbudzić próbki, które zostały napromieniowane przez maskę "liść klonu" i wystawione na działanie nanosfer barwionych fluoresceiną, przy użyciu źródła światła niebieskiego (λ=450 ~ 490 nm).</li>
		<li>Obserwuj obrazy fluorescencyjne, emitowane przy długości fali 515 nm, za pomocą fluorescencyjnego mikroskopu odwróconego w powiększeniu 4X.</li>
		<li>Scharakteryzować morfologię powierzchni tych próbek za pomocą AFM, jak wspomnianow 27.</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>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zaproponowaliśmy protokół naświetlania laserowym UV płytki Si w komorze mikroprzepływowej wypełnionej roztworem H2O2 w celu wywołania superhydrofilowej powierzchni Si, która jest głównie spowodowana wytwarzaniem Si-OH. Fotoliza laserowaH2O2miała powodować powstawanie ujemnie naładowanych rodników OH-. Również efekt fotoelektryczny lasera UV prowadzi do powstania dodatnio naładowanej powierzchni37. Dlatego oddziaływanie tych ujemnych rodników OH-...

Niezwykłe właściwości elektroniczne i chemiczne, jak również wysoka wytrzymałość mechaniczna, sprawiły, że krzem (Si) jest idealnym wyborem dla urządzeń mikroelektronicznych i chipów biomedycznych1. Selektywna kontrola obszaru powierzchni krzemu spotkała się ze znacznym zainteresowaniem w zastosowaniach obejmujących urządzenia mikroprzepływowe i lab-on-chip2,3. Często uzyskuje się to albo przez modyfikację chropowatości powierzchni w skali nano, albo przez chemiczną obróbkę powierzchni4. Chropowatość powierzchni lub modelowanie w celu wytworzenia nieuporządkowanych lub uporządkowanych struktur powierzchniowych na powierzchni Si obejmuje fotolitografię5, litografię wiązką jonów6 i techniki laserowe7. W porównaniu z tymi metodami, proces laserowego teksturowania powierzchni jest mniej skomplikowany i może prowadzić do wytwarzania mikrostruktur o wysokiej rozdzielczości przestrzennej8. Jednakże, ponieważ Si ma podwyższony próg teksturowania, wymagający napromieniowania fluencją impulsów w celu wywołania teksturowania powierzchni przekraczającego próg ablacji (~500 mJ/cm2)9, teksturowanie powierzchni Si było często wspomagane przez zastosowanie reaktywnych atmosfer gazowych, takich jak atmosfera wysokociśnieniowego SF6 4,7,8. W rezultacie, aby zmodyfikować zwilżalność powierzchni Si, liczne prace koncentrowały się na obróbce chemicznej poprzez osadzanie warstw organicznych10 i nieorganicznych2 lub przy użyciu plazmy lub wiązki elektronów11,12. Uznaje się, że hydrofilowość Si wynikająca z istnienia na jej powierzchni pojedynczych i powiązanych grup OH może być osiągnięta przez gotowanie jej w roztworzeH2O2w temperaturze 100 °C przez kilkaminut13. Jednak hydrofobowe stany powierzchniowe Si, z których większość wynika z obecności grup Si-H lub Si-O-CH3, można osiągnąć przez mokrą obróbkę chemiczną, w tym trawienie roztworem kwasu HF lub powlekanie fotorezystem13-15. Aby uzyskać selektywną kontrolę obszarową zwilżalności krzemu, zwykle wymagane są złożone etapy modelowania, w tym obróbka roztworami chemicznymi16. Wysoka reaktywność chemiczna promieniowania laserowego UV została również wykorzystana do selektywnego przetwarzania obszarowego podłoży stałych pokrytych folią organiczną i modyfikowania ich zwilżalności17. Dostępne są jednak ograniczone dane na temat wspomaganej laserowo modyfikacji zwilżalności krzemu poprzez napromienianie próbek zanurzonych w różnych roztworach chemicznych.
W naszych poprzednich badaniach, laserowe naświetlanie ultra półprzewodników III-V w powietrzu18-20 i NH 3 21 zostało z powodzeniem użyte do zmiany składu chemicznego powierzchni GaAs, InGaAs i InP. Ustaliliśmy, że naświetlanie laserem UV półprzewodników III-V w wodzie dejonizowanej (DI) zmniejsza tlenki powierzchniowe i węgliki, podczas gdy woda zaadsorbowana na powierzchni półprzewodnika zwiększa się22. Silnie hydrofobową powierzchnię Si (CA~103°) uzyskano za pomocą naświetlania laserowego ArF próbek Si w metanolu w naszej ostatniej pracy 23. Jak wskazuje rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS), wynika to przede wszystkim ze zdolności lasera ArF do fotodysocjacjiCH3OH. Użyliśmy również laserów KrF i ArF do napromieniania Si (001) w 0,01%H2O2 w wodzie DI. Pozwoliło to na uzyskanie selektywnego formowania obszarowego superhydrofilowej powierzchni Si (001) charakteryzującej się CA bliskim 15°. Wyniki XPS sugerują, że jest to spowodowane wytwarzaniem wiązań Si-OH na napromieniowanej powierzchni24.
Szczegółowy opis tej nowej techniki wykorzystującej lasery KrF i ArF do selektywnej modyfikacji obszaru in situ hydrofilowej/hydrofobowej powierzchni powierzchni Si w niskim stężeniu roztworów H2O2/H2O i metanolu jest pokazany w tym artykule. Podane tutaj szczegóły powinny być wystarczające, aby umożliwić przeprowadzenie podobnych eksperymentów przez zainteresowanych badaczy.

<table><tbody><tr><td>Nanosfery barwione fluoresceiną</td><td>Laser 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 (&lambda;=193 nm)</td><td>Laser Lumonics</td><td>pulse master 800</td><td></td></tr><tr><td>KrF (&lambda;=248 nm)</td><td>Mistrz impulsów Lumonics</td><td>800</td><td></td></tr><tr><td>XPS</td><td>Kratos Analytical</td><td>AXIS Ultra DLD</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop fluorescencyjny</td><td>Olympus</td><td>IX71</td><td></td></tr><tr><td>XPS oprogramowanie do oznaczania ilościowego</td><td>CasaXPS</td><td>2.3.15</td><td></td></tr></tbody></table>

selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem uv w środowisku ciekłym

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

Zwilżalność krzemu (Si) jest jednym z ważnych parametrów w technologii funkcjonalizacji powierzchni tego materiału i produkcji urządzeń biosensorycznych. Przedstawiamy protokół stosowania laserów KrF i ArF naświetlających próbki Si (001) zanurzone w środowisku ciekłym o małej liczbie impulsów i działające przy umiarkowanie niskich fluencjach impulsów w celu wywołania modyfikacji zwilżalności Si. Wafle zanurzone na okres do 4 godzin w roztworze 0,01% H2O2/H2O nie wykazały mierzalnej zmiany początkowego kąta zwilżania (CA) ~75°. Jednak naświetlanie takich płytek za pomocą 500-pulsowych laserów KrF i ArF w mikrokomorze wypełnionej 0,01% roztworem H2O2 / H2O o sile odpowiednio 250 i 65 mJ/cm2 zmniejszyło CA do blisko 15 °, co wskazuje na tworzenie się powierzchni superhydrofilowej. Powstawanie Si zakończonego otyłością (001), bez mierzalnej zmiany morfologii powierzchni płytki, zostało potwierdzone przez rentgenowską spektroskopię fotoelektronów i pomiary mikroskopii sił atomowych. Selektywnie napromieniowane próbki zostały następnie zanurzone w roztworze nanosfer barwionych fluoresceiną sprzężonym z biotyną na 2 godziny, co spowodowało pomyślne unieruchomienie nanosfer w obszarze nienapromieniowanym. Ilustruje to potencjał tej metody w zakresie selektywnej biofunkcjonalizacji obszaru i wytwarzania zaawansowanych architektur biosensorycznych opartych na krzemie. Opisano również podobny protokół naświetlania płytek zanurzonych w metanolu (CH3OH) przy użyciu lasera ArF działającego przy fluencji impulsu 65 mJ/cm2 i wytworzenia in situ silnie hydrofobowej powierzchni Si (001) o CA 103°. Wyniki XPS wskazują na indukowane przez laser ArF powstawanie związków Si–(OCH3)x odpowiedzialnych za obserwowaną hydrofobowość. Żadnych takich związków nie znaleziono jednak w przypadku XPS na powierzchni Si naświetlanej laserem KrF w metanolu, co świadczy o niezdolności lasera KrF do fotodysocjacji metanolu i tworzenia rodników -OCH3.

Reprezentatywne wyniki te zostały przedstawione w naszej poprzedniej publikacji23,24. Rysunek 1 przedstawia zależność CA od N (liczby impulsów) w miejscach naświetlanych laserem KrF z energią 250 mJ/cm2 w DI H2O dla różnych stężeń roztworów H2O2/H2O (np. 0,01, 0,02, 0,05 i 0,2%). CA maleje wraz ze wzrostem liczby impulsów dla wszystkich roztworów H2O2. Minimalna wartość CA (~15°) dla roztworów H2O<...

Opisujemy proces zmiany in situ powierzchni Si (001) potraktowanej HF w stan hydrofilowy lub hydrofobowy poprzez napromieniowanie próbek w komorach mikroprzepływowych wypełnionych roztworem H2O2/H2O (0,01%-0,5%) lub roztworami metanolu za pomocą impulsowego lasera UV o stosunkowo niskiej płynności impulsów.

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym

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

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest zademonstrowanie tworzenia powierzchni hydrofilowych i hydrofobowych na silikonie poprzez naświetlanie laserami fluorku kryptonu i fluorku argonu próbek zanurzonych w roztworach nadtlenku wodoru o niskim stężeniu lub w metanolu. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie oddziaływania laserów z półprzewodnikami dotyczące selektywnej chemicznej modyfikacji obszarów powierzchni półprzewodnika, co może znaleźć zastosowanie w biosensoryce. Główną zaletą tej techniki jest możliwość precyzyjnej kontroli właściwości powierzchni krzemu bez konieczności stosowania próżni.Morfologia półprzewodnika. Najpierw opracowaliśmy koncepcję tej metody. Badamy proces oparty na laserze U do selektywnego tworzenia defektów powierzchniowych wykorzystywanych w technologii.W przypadku mieszania kwantowego, wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ kontrola populacji pęcherzyków powietrza w prostej komorze oraz napromieniowanie homogenizowaną wiązką lasera EXIM są stosunkowo trudnymi etapami. Aby rozpocząć, należy użyć skrybera diamentowego do rozłupania wafla krzemowego typu n z domieszką fosforu, o jednej polerowanej stronie

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Selektywna modyfikacja zwilżalności powierzchni krzemu poprzez impulsowe naświetlanie laserem UV w środowisku ciekłym

W niniejszej pracy opisujemy prostą metodę wzorowania wolnego od tlenków krzemu i germanu za pomocą reaktywnych monowarstw organicznych oraz demonstrujemy funkcjonalizację wzorowanych podłoży małymi cząsteczkami i białkami. Podejście to zapewnia całkowitą ochronę powierzchni przed utlenianiem chemicznym, umożliwia precyzyjną kontrolę nad morfologią struktur oraz zapewnia łatwy dostęp do wzorów rozróżnialnych chemicznie.

Funkcjonalizacja i wzorowanie krzemu oraz germanu beztlenkowego metodą miękkiej litografii

Ten protokół opisuje użycie mikroskalowych wsporników krzemowych jako giętkich powierzchni hodowlanych do pomiaru kurczliwości komórek mięśniowych in vitro. Skurcz komórkowy powoduje zginanie wspornika, które można zmierzyć, zarejestrować i przekształcić w odczyty siły, zapewniając nieinwazyjny i skalowalny system pomiaru funkcji skurczu in vitro.

Wykorzystanie mikroskalowych wsporników krzemowych do oceny funkcji kurczliwości komórkowej in vitro

Informujemy, że limit dyfrakcji konwencjonalnej litografii optycznej może zostać pokonany poprzez wykorzystanie przejść organicznych pochodnych fotochromowych wywołanych przez ich fotoizomeryzację przy niskim natężeniu światła. 1-3 W tym artykule przedstawiono naszą technikę wytwarzania i dwa mechanizmy blokujące, a mianowicie: rozpuszczenie jednego fotoizomeru i utlenianie elektrochemiczne.

Modelowanie za pomocą przejść nasycalnych optycznych - produkcja i charakterystyka

Opisano technikę pasywacji powierzchni cieczy RT do badania aktywności rekombinacyjnej masowych defektów krzemu. Aby technika była skuteczna, wymagane są trzy kluczowe etapy: (i) chemiczne czyszczenie i wytrawianie krzemu, (ii) zanurzenie krzemu w 15% kwasie fluorowodorowym oraz (iii) oświetlenie przez 1 minutę.

Pasywacja kwasem fluorowodorowym wzmocniona światłem: czuła technika wykrywania dużych defektów krzemu

Badano dwa rodzaje powierzchni, stal pokrytą poliestrem i poliester pokryty warstwą nanocząsteczek krzemionki. Obie powierzchnie zostały wystawione na działanie promieni słonecznych, które spowodowały znaczne zmiany w chemii i topografii powierzchni w nanoskali.

Ewolucja powłok poliestrowych z nanocząstek krzemionki na powierzchniach narażonych na działanie promieni słonecznych

Nanocząstki o jednakowej wielkości mogą usunąć wahania wymiarów otworów kontaktowych wzorowane na foliach fotorezystu z poli(metakrylanu metylu) (PMMA) za pomocą litografii wiązką elektronów (wiązka elektronów). Proces ten obejmuje elektrostatyczne kierowanie w celu wyśrodkowania i osadzenia nanocząstek w otworach kontaktowych, a następnie etapy fotorezystu rozpływowego oraz trawienia plazmowego i mokrego.

Wykorzystanie nanocząstek protektorowych do usuwania skutków odgłosów strzału w otworach kontaktowych wytwarzanych metodą litografii wiązką elektronów

Opisano metody wytwarzania powierzchni do wzorzystego osadzania pędzli o grubości nanometrów lub usieciowanych warstw o grubości mikronów kopolimeru blokowego azlactonu. Omówiono krytyczne etapy eksperymentalne, reprezentatywne wyniki i ograniczenia każdej metody. Metody te są przydatne do tworzenia funkcjonalnych interfejsów z dostosowanymi cechami fizycznymi i przestrajalną reaktywnością powierzchni.

Wytwarzanie powierzchni reaktywnych za pomocą pędzlowych i usieciowanych warstw kopolimerów blokowych funkcjonalizowanych azlaktonem

Ta praca przedstawia protokoły mikrofabrykacji do uzyskiwania wnęk i filarów o profilach reentrantowych i podwójnie reentrantowych na płytkach SiO2/Si za pomocą fotolitografii i suchego trawienia. Powstałe w ten sposób mikroteksturowane powierzchnie wykazują niezwykłą odporność na ciecze, charakteryzującą się solidnym, długotrwałym zatrzymywaniem powietrza pod zwilżającymi cieczami, pomimo wewnętrznej zwilżalności krzemionki.

Nadawanie powierzchniom SiO2/Si omnifobii poprzez rzeźbienie mikrotekstur zatrzymujących gaz, zawierających wnęki lub filary reentrantowe i podwójnie współbieżne

Przedstawiono protokół chemicznego imprintingu 3D mikroskalowych elementów 3D z dokładnością poniżej 20 nm do stałych i porowatych płytek krzemowych.

Elektrochemiczne nanoimprinting wspomagany metalem porowatych i litych płytek krzemowych

W tym artykule prześledzono cykl życia rezonatora membranowego z azotku krzemu, od projektu, przez produkcję, aż po charakterystykę.

Wytwarzanie i charakterystyka rezonatorów membranowych z azotku krzemu o wysokiej zawartości Q

Protokół ten przedstawia metodę indukowaną światłem do wytwarzania śliskich, trójwymiarowych struktur poprzez sekwencyjne cyfrowe wzorowanie i szczepienie na nanoporowatych powierzchniach pokrytych silanem. To podejście umożliwia kontrolowane przestrzennie tworzenie śliskich obszarów, umożliwiając wzorzystą odstraszaczność cieczy oraz ilościową analizę śliskości między warstwami, z zastosowaniami w manipulacji płynami i inżynierii powierzchni.

Wzorowanie i szczepienie światłem dla śliskich powierzchni na podstawie nanoporowatych struktur powlekanych silanem

Poznaj modyfikację zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego lasera UV w środowisku ciekłym. Ta metoda umożliwia selektywną modyfikację chemiczną bez warunków próżniowych, co otwiera nowe możliwości w zastosowaniach biosensorycznych.

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym (Wideo) | JoVE Journal

Selektywna modyfikacja obszaru zwilżalności powierzchni krzemu za pomocą pulsacyjnego naświetlania laserem UV w środowisku ciekłym

Przeglądaj więcej filmów