Summary
우리는 HF의 시츄 변경이 2 O 2 / H 2 O 용액 (0.01 % -0.5 %) 또는 메탄올 용액 H로 채워진 미세 유체 챔버에서 샘플을 조사함으로써 친수성 또는 소수성 상태의 Si (001) 표면 처리에서의 공정보고 상대적으로 낮은 펄스 UV 플루 언스의 레이저 펄스를 사용.
Abstract
실리콘의 젖음성 (SI)는 바이오 센싱 장치의 재료 및 제조의 표면 기능화 기술의 중요한 변수 중 하나입니다. 우리는시의 습윤성 수정을 유도하기 위해 적당히 낮은 펄스 플루 언스에서 펄스의 수가 적은 액체 환경에 침지시 (001) 샘플 조사의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하여 작동하는 프로토콜에보고한다. 웨이퍼는 초기 접촉각 (CA) ~ 75 °에서 측정 가능한 변화를 보이지 않았다 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 용액에서 최대 4 시간 동안 침지. 그러나, microchamber 이러한 웨이퍼의 500 펄스의 KrF과의 ArF 레이저 조사가 0.01 %의 H 가득 2 2 O 용액 250 65 엠제이 / ㎠에서 각각 가까운 15 °에 CA를 감소 / H O 2, 초 친수성 표면의 형성을 나타낸다. 웨이퍼의 표면 형태없이 측정 가능한 변화 OH 종료시 (001)의 형성은,이X 선 광전자 분광법 및 원자력 현미경 측정에 의해 확인되었다. 선택 영역 샘플 조사는 비 조사 영역에서 나노 구의 성공 고정화 결과 2 시간 바이오틴 - 공액 형광 염색 나노 용액에 침지 하였다. 이것은 선택 영역 biofunctionalization 고급 Si 계 바이오 센싱 구조의 제작 방법의 가능성을 예시한다. 또한 65 mJ의 펄스 플루 언스에서 동작의 ArF 레이저를 사용하여, 메탄올 (CH 3 OH)에 침지하여 웨이퍼의 조사 유사한 프로토콜을 서술 / cm 2 (103)의 CA와의 Si (001)의 강한 소수성 표면의 인 시츄 형성 °. XPS 결과의 Si-의의 ArF 레이저 유도 형성을 나타냅니다 (OCH 3) 관찰 된 소수성에 대한 X 화합물 책임. 그러나, 이러한 화합물은 보여주는 메탄올의 KrF 레이저에 의해 조사 된 Si 표면 상 XPS에 의해 발견되지의 KrF 레이저의 무능력 메탄올을 photodissociate 및 -OCH 3 라디칼을 생성 할 수 있습니다.
Introduction
놀라운 전자 화학적 특성뿐만 아니라 기계적 강도는 실리콘 (Si) 마이크로 전자 장치 및 생물 의학 칩 (1)을위한 이상적인 선택을 만들었습니다. 실리콘 표면의 선택 영역의 제어는 마이크로 유체 및 랩 온어 칩 장치 2,3- .This 종종 수득하거나, 표면 거칠기의 나노 크기 변경에 의해 또는 표면 (4)의 화학 처리가되어 관련된 애플리케이션에 상당한 관심을 받고있다. 실리콘 표면 상에 정렬 된 표면 또는 무질서한 구조를 생성하기 위해 표면 거칠기 또는 패터닝은 포토 리소그래피 (5), 이온빔 리소그래피 (6) 레이저 (7) 기술을 포함한다. 이들 방법과 비교하여, 레이저 표면 텍스쳐링 공정은 높은 공간 해상도 8 마이크로 구조체를 제조 할 가능성이있는 덜 복잡한 것으로보고된다. 그러나시는 펄스 플루 언스에와 높은 텍스쳐 임계 값, 요구 조사를 가지고로그 절제 임계치 (~을 500mJ / cm 2) 9를 초과하는 표면 텍스쳐링을 유도, 실리콘 표면 텍스쳐링은 흔히 고압 SF 6 환경 4,7,8의 경우와 반응성 가스 분위기를 채용함으로써 지원되었다. 따라서, 실리콘 표면의 습윤성을 수정하려면 많은 작품 10 유기 및 무기 박막 (2)을 증착 또는 플라즈마 또는 전자빔 표면 처리 (11, 12)을 사용하여 화학 처리에 초점을 맞추고있다. 몇 분이 13 100 ℃에서 H 2 O 2 용액을 비등에 의해 달성 될 수있는 표면에 단수와 관련 OH 기의 존재로부터 유래의 Si의 친수성을 인식한다. 그러나의 Si-H 또는 Si-O-CH 3 기의 존재로 인한 대부분의 소수성 실리콘 표면 상태는, 포토 레지스트 (13)와 HF 산 용액 또는 코팅 에칭 관련된 습식 화학적 처리에 의해 달성 될 수있다-15. Si를 선택 영역의 습윤성 제어를 달성하기 위해, 복잡한 패터닝 공정은 일반적으로 약액 (16) 처리를 포함해야한다. UV 레이저 방사선의 높은 화학 반응성이 또한 선택 영역 프로세스 유기 막 코팅에 사용되는 고체 기질과 그 습윤성 17을 수정하고있다. 그러나 제한된 양의 데이터는 다른 화학 솔루션에 몰입 샘플 조사에 의한시의 습윤성의 레이저를 이용한 변형에서 사용할 수 있습니다.
이전 연구에서, 공기 18-20 및 NH 3 (21) III-V 반도체의 UV 레이저 조사가 성공적 갈륨 비소, 인듐 갈륨 비소 및 InP의 표면의 화학적 조성을 변경하는 데 사용 하였다. 반도체 표면에 흡착 된 물 (22)을 증가하면서 탈에서 III-V 반도체의 UV 레이저를 조사 설립 (DI) 물은 표면 산화물 및 탄화물을 감소시킨다. 강한 소수성 실리콘 표면 (CA ~ 103 °)의 최근의 일 (23)에 메탄올의 Si 샘플의 ArF 레이저를 조사하여 얻었다. X 선 광전자 분광법 (XPS)에 의해 지시 된 바와 같이, 이는 주로 기인 CH 3 OH를 photodissociate하기의 ArF 레이저의 능력이다. 우리는 또한 DI 물에 H 2 O 2의 0.01 %에 (001)시에 조사의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하고 있습니다. 이것은 우리가 가까운 15 ° CA의 특징으로 초 친수성 표면의 Si (001)의 선택 영역 형성을 달성 할 수 있었다. XPS 결과는이 조사면 (24)에 SI-OH 결합의 생성에 기인하는 것이 좋습니다.
H 2 O 2 / H 2 O 및 메탄올 솔루션의 낮은 농도에서 실리콘 표면의 친수성 / 소수성 표면의 현장 수정에서 선택 영역의 KrF과의 ArF 레이저를 사용하여이 새로운 기술에 대한 자세한 설명은이 문서에서 설명된다. 여기에 제공된 정보는 충분합니다수 있도록 유사한 실험은 관심이 연구자에 의해 수행된다.
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Protocol
1. 샘플 준비
- ((P)가 도핑 된) 한 쪽은 Si 웨이퍼 연마 n 형을 절단하는 diamode 스크라이브를 사용하여 (저항을 3.1 ~ 4.8 Ω.m) 직경이 3 인치, 12mm X 6mm의 샘플로, 380 μm의 두께; OptiClear, 아세톤, 이소 프로필 알코올 (모든 단계에 대한 5 분)에서 샘플을 청소하십시오.
- 1 분은 초기 산화물을 얻어 에칭 용 ~ 0.9 %의 HF 용액에서 식각 된 샘플; (N 2) DI 물에 씻어 고순도 (99.999 %) 질소 건조.
- N이 가방에 보관 준비 샘플은 공기에서의 산화를 억제한다.
의 ArF (λ = 193 ㎚)과의 KrF (λ = 248 nm의) 레이저 2. 조사 샘플.
- 장소 0.74 mm의 높이 실에서 샘플 후 자외선에 높은 전송 (≥90 %)가 용융 실리카 창으로 챔버를 밀봉. H와 0.01~0.2 %의 범위 또는 탈기 메타 2 O 2 / H 2 O 용액 챔버를 채우기NOL 미세 유체 채널을 사용.
- 각각 2.6 및 1.8의 사이즈 축소에 균질의 ArF 용, KrF 레이저를 샘플을 조사. 원형 마스크 (직경 4mm)을 통해 100 단계에서 펄스 100-600 레이저 펄스를 증가시킴으로써 각각의 샘플에 불과 2 사이트를 조사. "메이플 리프"(9mm X 7.2 mm) 마스크와 같은 방법으로 시료를 조사한다.
- N 2 세척 건조 DI 물 린스 샘플; 신속 추가 실험 전에 공기에 노출되는 것을 방지하기 위해, N (2)와이 컨테이너를 채우는, 밀폐 용기에 시료를 배치했다.
(3)의 고정화 바이오 복합 나노
- pH 7.4의 인산염 완충 식염수 (PBS, 1X) RT 10 12 입자 / ㎖로 용액에서 비오틴 - 컨쥬 게이트 및 형광 염색 40 nm의 직경이 나노 희석 (~ 25 ℃). 2 대한의 ArF 또는의 KrF 레이저 조사 샘플을 담가# 160; RT에서이 솔루션의 시간.
- PBS로 세척 샘플 표면에 물리적으로 결합 된 형광 염색 나노를 제거합니다.
4. 표면 특성
- 접촉각 (CA) 측정
- RT 및 주위 습도의 환경에서 CA 각도계 정적 측정을 수행한다.
- 마이크로 주사기 고순도 DI 물 (비저항 17.95 MΩ · cm)을 채용; 비슷한 볼륨을 생성 (~ 5 μL)은 모든 측정 비슷한 높이로 마이크로 주사기를 낮추는 방법으로 시료 표면에 삭제합니다.
- 캡처 물이 소프트웨어와 CCD 카메라에 의해 프로필 이미지를 떨어 저장합니다. 같은 조사 조건과 독립적으로 4 개의 다른 사이트를 측정한다.
- 추정은 ImageJ에 소프트웨어의 액적 분석 모듈에서 CA 값을 평균; 이미지를로드 및 그레이 스케일로 변경; 플러그인 Dropsnake를 시작; 왼쪽에서 드롭 윤곽 (~ 10 노트)에 대략 몇 노트를 배치바로 뱀을 초기화; 이러한 매듭 연결 곡선을 적용하고 뱀 버튼을 눌러 곡선 진화. 주 : 접촉각은 이미지와 표에 표시되어있다.
- XPS 측정
- 150 W에서 일하고 알 Kα 소스와 복 XPS 분광계 (1 × -9 토르의 기본 압력)와 표면의 화학적 변형을 조사 :
- 진공 챔버로 샘플을 로딩.
- 220 μm의 X 220 ㎛ 인 영역으로부터 50 eV의 통과 에너지가 일정 에너지 모드에서의 표면 검사 데이터를 획득.
- 20 eV의 에너지 전달에서 동일한 분석 영역에서 고해상도 검사 데이터를 획득.
- 25, 26을 참조하는 바와 같이 프로세스는 XPS 스펙트럼 정량 소프트웨어와 데이터를 XPS 스펙트럼.
- 150 W에서 일하고 알 Kα 소스와 복 XPS 분광계 (1 × -9 토르의 기본 압력)와 표면의 화학적 변형을 조사 :
- 형광 현미경 이미징
- "단풍 나무 잎"마스크를 통해 조사 및 스테인드 나노를 형광에 노출 된 샘플을, 흥분 사용청색 광원 (λ = 450 ~ 490 ㎚).
- 4 배의 배율에서 형광 도립 현미경으로, 515 nm에서 발광, 형광 이미지를 관찰한다.
- 27를 참조로, AFM으로 이들 샘플의 표면 모폴로지를 특성화.
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Representative Results
이러한 대표적인 결과는 그림 1. 이전 출판 일 (23, 24)에서 제시 H의 서로 다른 농도에 대한 H 2 O DI 250 엠제이 / ㎠에서의 KrF 레이저로 조사 사이트에 N (펄스 수) 대 CA를 보여주고있다 2 O 2 / H 2 O 용액 (예., 0.01, 0.02, 0.05 및 0.2 %). CA는 모두 H 2 O 2 솔루션 펄스 수를 증가와 감소한다. 0.02 및 0.01 % H 2 O 2 솔루션에 대한 최소한의 CA (~ 15 °)는 500 펄스에서 얻을 수있다. 오히려 더 큰 CA는 더 큰 펄스 수 (N≥500)에서 0.05 및 0.2 % H 2 O 2 솔루션에 대한 관찰되었다. 동시에, 그것은 조사없이 시료가 CA (N = 0) 2 O 2 농도는 0.2 %로 0.02로 증가 H로 75 °에서 32 ° 감소한 것을 알 수있다. H 2에 평균 10 분 노출 후 획득 한 결과, 2 솔루션은 아마도 각각 H 2 O 2 농도 CA 채도 값이 얻어 나타낸다. 그러나, 0.01 %의 H에 시료의 노출을 최대 4 시간 동안 2 O 2 용액은, 초기 표면 특성화 CA의 측정 가능한 변화를 초래하지 않았 음을 주목하는 것이 중요하다.
그림 2는 KrF (그림 2A)과의 ArF (그림 2B) 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 용액에서 레이저 조사 후 사이트에 대한 펄스 수 대 CA를 보여줍니다. 도 2a는 183 mJ의 CA / cm 2에서의 KrF 600 펄스까지의 펄스 수에 연속적으로 감소한다는 것을 보여준다. 도 2b에 도시 된 바와 같이 유사한 결과, 44 mJ의 / cm 2에서의 ArF 레이저가 조사 된 시료에서 발견되었다. 사이트는 250 엠제이 / cm에서 320 엠제이 / ㎠, 500 펄스 300 펄스의 KrF 레이저로 조사되었을 때
도 3은 레이저 조사 ((도 3b)없이 약 10 분 동안 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 용액에 노출, 및 0.01 %에 노출 갓 HF (도 3a)에 의해 에칭 된 실리콘 표면의 XPS 스펙트럼 1S O를 도시 H 2 O 2 / H 2 O 용액 2 (그림 3C). 531.8 ± 0.1에서 피크, 532.6 ± 0.1 533.7 ± 0.1 eV의이 그런가 (X)에 할당 된, SiO2를 250 엠제이 / ㎠에서 500 펄스의 KrF 레이저 조사 및 SiOH와는 각각 28, 29.도 3b는 HF 용액에 노출 된 표면으로부터의 SiO2가 SiO 및 X의 대부분을 제거한 것을 나타낸다. & #의 SiO2의 양160;의 KrF 레이저에 의해 조사 된 사이트 및 SiOH와는 비 조사 (도 3B)에 대한 것보다 (도 3c) 크다. O / Si 비에 따라,도 11을 참조로의 Si가 SiO2로 코팅 표면은 항상 45 ° -55 ° CA의 최소 값을 갖는 것으로보고되었다. (30)를 참조하지만, 초 친수성 SiOH와 단층이 덮인 실리콘 표면은, 13 °의 최소 CA로보고되었다. 따라서, 펄스 (500)로 수득 CA = 14 °는 주로 표면 SiOH와 증가 된 농도에 기인한다. 또한 SiOH와 / SiO2를 비가 500 펄스 조사 사이트 0.17 0.10 (100 펄스 조사, 미도 데이터)를 증가하는 것이 관찰. 스펙트럼에서 점선은 탄소 (C)가 표면에 흡착 나타낸다. 이러한 흡착의 양 주식, C 1 초 스펙트럼 (31)의 C = O와 OC = O 결합의 O / C의 고정 비율에 따라 결정된다. 우리는 더이 있음을 발견했다비 조사 된 표면 상에 C 갓 HF 산 에칭 샘플에 비해, H 2 O 2 / H 2 O 용액을 노출.도 3C는 C의 absorbates의 양으로 인해, 엑시머 레이저 세정 효과를 펄스 수로 감소 된 것을 알 9. 표면에 C의 absorbates이 실리콘 (15)의 소수성을 증가하는 것으로보고 되었기 때문에, C의 흡착의 레이저 유도 제거는 표면의 친수성을 향상시킨다.
도 4a는 선택적 형광 염색 나노 스피어로 코팅 된 Si 표면의 형광 현미경 이미지를 도시한다. 샘플은 먼저 H에서 조사 2 O 2 / H 250 엠제이 / ㎠에서 400 펄스를 제공의 KrF 레이저 "단풍 나무 잎"마스크를 투영하여 2 O 용액 (0.01 %). 나노 높은 표면 농도는 시료의 비 조사 된 부분에서 발견된다. 결과는 상자 형성 도시나노의 결합을 방지 강하게 친수성 물질의 레이저 유도 영역의 N. 이 영역에서 관찰 된 일부 나노 스피어의 존재는 그 친수성의 Si의 표면 결함을 유발 산화와 관련된 감소와 관련 될 수있다.도 4b는 조밀 고정화 나노 덮여 비 조사면의 단편의 AFM 이미지를 나타낸다.
그림 5는 메탄올에 침지, 30, 65, 80 엠제이 / ㎠에서의 ArF 레이저로 조사 된시 샘플을 측정 CA 값을 보여줍니다. 그것은 65 mJ의 800 펄스로 조사 샘플의 CA가 / cm 2가 103 °로 75 °의 초기 값으로부터 증가하는 것을 알 수 있으며, 이는 1,000 펄스 조사 샘플 CA에 필적한다. 이것은 실리콘 표면의 레이저 기반의 화학적 변형이 레이저 플루 언스에서 포화 있음을 시사한다. CA의 increa 더 강렬한 역학완전한 원형 기호로 나타낸 바와 같이 SE 80 엠제이 / cm 2 레이저 펄스의 낮은 숫자 (N <200)에서 관찰되었다. 그러나, N> 200 펄스로 조사 샘플에 기포의 형성, 및 시료 표면의 형태와 관련된 제어되지 않은 변형 조건 하에서 신뢰성있는 데이터를 수집 우리를 막았다. 다른 곳 (22), (32) 기재 방법을 사용하여, 우리는 (33)을 참조로의 ArF 레이저 조사가 65 mJ의시 / cm 2, 메탄올의 비점 비교시의 표면, 즉,., 65 ° C에서 피크 온도를 유도한다는 예상. 따라서, 더 큰 레이저 플루 언스 조사는 기포의 형성을 유도 할 것으로 예상된다. 이와 일관 80 mJ의 / cm 2, N> 200 펄스 레이저 플루 언스에 양호한 특성의 실리콘 샘플을 제조 우리 불능이었다. 반면, 조사는 30 엠제이에서 / ㎠는 1,000 펄스 irrad 78 °에 CA의 미약 한 증가를 보였다iated 샘플.
도 6은 비 조사 하였다 메탄올에 침지 사이트의 Si 2P와 O 1S의 XPS 스펙트럼을 나타낸다 (도 6A 및 6B), 65 mJ의 / cm 2 (도 6C 및 6D)에서의 ArF 레이저의 500 펄스로 조사. 비 조사 위치 (도 6A)의 스펙트럼에서의 Si 2P 약한 기능은 주위 = 102.7 eV에 알 수있다. 이 기능의 Si- (OCH 3) × 본드 (34)에서 발생하는 것으로보고되었습니다. 이 화합물의 원자 농도 인해 비교적 작은 (60 °) 테이크 오프 각도 (TOF)에 약간 과소 평가는 0.7 %로 예상 XPS 데이터를 수집하는 동안 적용되었다. 그러나, 60 °의 TOF에서 3.5 %로 5 배 증가 조사 사이트 (그림 6C)의 Si-의 원자 비율 (OCH 3) × 채권. O의 1 초 스펙트럼에서 (도 6B 6D), 상기의 Si-O-CH 3 피크의 농도 (각각, 비 조사하고 조사 된 사이트에 대해 2.5 %로 1 증가) = 532.6 eV의 일 수 있음을 알 수있다. 15,35,36 참조로의 Si- (OCH 3)로서, X는, 실리콘의 소수성 표면의 형성에 대한 책임의 Si- (OCH 3)의 표면 농도 X가 메인 것으로 보인다의 증가를보고 한 의 ArF의 관찰 소수성 특성에 대한 이유는 실리콘 샘플을 조사. 에서 O 1 초 스펙트럼, SI-OC와 CO 외에, 그런가 x와 OH 피크가 있습니다. BE에서의 SiO X 피크의 증가 = 531.5 ± 0.2 eV의이 가능 그런가의 X 서브 산화물에 결합 CH 3 O (그런가 X + 1-CH 3) (34)에 의해 발생합니다. HF 오 (안 여기에 표시된)의 존재를 보여주지 않았다시 샘플을 처리,이 OH 피크 오 물리적으로 실리콘 표면에 흡수 3 장에서 가능하다.
시에 펄스 수 대도 1 접촉각 (001) 표면 (250) 엠제이 / DI에서 cm 2 H 2 O 및 상이한 농도의 H에서의 KrF 레이저에 의해 조사 된 2 O 2 / H 2 O 용액 (예를 들면, 0.01, 0.02, 0.05 0.2 %)이. 접촉각 값의 표준 편차 (SD)은 2.5 °이다. 그림 24에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
의 KrF (그림 2A)과의 ArF (그림 2B로 2 O 2 / H 2를 0.01 %의 H에서 O 솔루션을 담그고 조사 샘플의 펄스 수 대 그림 2. 접촉각)는 레이저. 접촉각 값 SD는 2.2 ° 인 것으로보고되었다. 그림 24에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
레이저 조사 (B)없이 약 10 분 동안 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 용액에 노출하고는 KrF 500 펄스로 조사 갓 HF (A)에서 에칭 된 Si 표면의도 3 O 1S의 XPS 스펙트럼, 250 엠제이에서 레이저 / ㎠가 0.01 %의 H 2 O 2 / H 2 O 솔루션 (C)에 노출한다. 그림 24에서 수정되었습니다. 이의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오그림.
플루오 레세 인의 용액에 노출 된 250 엠제이 / cm 2로 동작하고 제, 표면에 "메이플 리프"마스크 돌출의 KrF 레이저의 400 펄스로 조사 제,이었다 샘플의도 4 형광 현미경 사진, 스테인드 나노 구 (A). 고정화 나노 스피어 (B)를 나타내는 샘플의 비 조사 부분의 단편의 AFM 이미지. 그림 24에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
시 그림 5. 접촉각 (001) 샘플 전 메탄올에 mmersed 30 엠제이 / ㎠ (▲), 65 엠제이 / ㎠ (■) 80 엠제이 / ㎠ (●)에서의 ArF 레이저를 조사. 오차 막대는 3 독립적 인 사이트의 측정 기준으로 계산됩니다 . 2.0 °의 접촉각 값 SD가보고되었다. 그림 23에서 수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 6의 Si 2P와 기준 (비 조사) 샘플의 O 1S XPS 스펙트럼 (A 및 B), 및 65mJ / cm 2 (C 및 D)에서의 펄스 (500)와 메탄올의 ArF 레이저에 의해 조사 된 샘플. 그림 23에서 수정되었습니다.광고 / 52720 / 52720fig6large.jpg "대상 ="_ 빈 ">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
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Discussion
우리 때문에 SI-OH의 발생에 주로 초 친수성 실리콘 표면을 유도하는 H 2 O 2 용액의 농도가 낮은로 채워진 미세 유체 챔버 내에 Si 웨이퍼의 UV 레이저를 조사하는 프로토콜을 제안 하였다. 라디칼 - H 2 O 2의 UV 레이저의 광분해에 부정적인 OH 충전을 형성하기로했다. 또한, UV 레이저, 광전 효과 양전하 표면 (37)의 형성을 이끈다. 따라서, 이러한 부정적인 OH의 상호 작용 - 양전하 표면 라디칼은 표면에서의 Si-OH의 발생을 이끈다. 실리콘 (15)과 반응 - 그래서, 우리는 레이저의 펄스 수를 증가시킴으로써 친수성을 증가시키고 OH 농도를 증가시킬 수있다. H 2 O 2가 열역학적으로 불안정하고, 그 분해 describ이기 때문에, 친수성이 증가 또는 공정 동안 큰 펄스 수로 감소하는 것을 정지시의 표면 근처 지역에 과도하게 형성된 O 2가 발생 2H → 2H 2 O + O 2 (38) 2 O 2에 의해 에드. 이 프로세스는 잠재적 표면 친수성을 향상시키기 위해 SiO2로 형성 초래할 것이지만, O의 발생이 2 분자는 또한 피조 사면에 가까운 기포 형성의 원인이 될 수있다. 65 mJ을 크게 / 320 엠제이 / cm 2에서 2 cm의 KrF 레이저는 ArF 레이저에 의한 버블 형성을 증가, H 2 O (2)의 열적 중심 분해의 증가 된 가능성과 일치한다. SiO2로 코팅 된 실리콘의 최소 CA 같이 45 ° 근처에 공지되어 SiO2를 형성은 Si를 CA의 증가가 큰 펄스 수 조사 부위 관찰 일으킬 수 농후.
이 수입 그대로 레이저 조사에 의한 온도의 계산은 또한 중요한 측면이다H에서 실리콘의 산화 2 O 2 / H 2 O 용액과 증가 습윤성에 개미. COMSOL 계산을 사용하여, 표면의 최고 온도는 각각 250과 320의 엠제이의 KrF 레이저 펄스 / ㎠, 조사에 의해 88 ~ 95 ° C의 수를 추정 하였다. 이 65 mJ의 / cm 2의 ArF 레이저 펄스에 의해 조사 될 때와 비교하여, 피크 표면 온도는 40 ° C로 추정된다. 이 피크 온도는 10-5의 원래 온도로 떨어졌다. 의 KrF 레이저는 ArF 및 2 Hz에서 (이 통신에서 조사하는 경우)의 반복률에서 동작 두 개의 연속 펄스 사이에 축열 없다. 온도 산출 결과에 기초하여, 레이저 파라미터는 향후 실험에서 최적화 될 수있다.
또한 라로 인해 유사한 microchamber, 메탄올 용액에 실리콘 샘플을 조사함으로써 소수성 실리콘 표면을 유도의 ArF 레이저를 사용하여 제안도 5 및도 6에 도시 된 바와 같이 SER은, 피조 사면에서의 Si-O-CH (3)의 형성을 유도. 이는 메탄올 증기의 UV 레이저 광 (1백5에서 2백까지 ㎚) 유도 해리 반응에 의해 설명 될 수 있다고보고되어있다 : O + H 39 CH 3 CH OH → 3. 온도가 높을수록 CH 3 O는 실리콘 표면 (40) 상에 흡착된다. 따라서, 낮은 레이저 플루 언스에서 조사에 의해 (예. 30 엠제이 / ㎠), 더 메탄올의 끓는점과 낮은 온도에 의한 레이저에 의한 명백한 젖음성 변화가 없다. 또한, 메탄올 용액의 샘플의 KrF 레이저 조사로 인해 그것의 장파장 및 하부 단면 흡수 계수에 유의 CA 증가분을 생산하지 (<0.1x10 -20 / cm 2)의 ArF 레이저보다 (25 X10 -20 / cm 2) (41). 메탄올의 KrF 레이저의 흡수 계수도의 ArF들 (61x10 -20 / C보다 훨씬 낮다평방 미터)와 H 2 약 103 °가 젖음성 (15)에 대한 지배적 인 CH 3 표면 에너지, 관련이 CA의 O 2 (42) 국지적 인 포화에서의 KrF 레이저 (9 × -20 / ㎠). 소수성 높은 표면 에너지가 낮은. 낮은 표면 에너지 (CF 3)은 높은 표면 에너지를 갖는 CH X의 결합을 위해, 110 ° (43)의 CA는 항상 낮은 반면, 120 °의 최대 CA를보고되었다.
따라서, 이러한 레이저 유발 표면 형태 변형 등의 Si의 레이저 유도 변형의 다른 공지 된 방법에 비해 공정이 보고서에 기술 된 단계가 간단들은 고비용 및 고출력 레이저 시스템이 필요하지만, 아르하지 실리콘 표면의 젖음성의 현장 제어에 효과가있다. 이 기술은 널리 마이크로 / 나노 실리콘 기반의 바이오 센서에 대한 습윤성의 변형을 유도하는 선택적 영역으로 사용될 수있다미래에 pplication. 그러나, 이러한 레이저 광자 에너지 CH X 및 표면 에너지에 의해 제한되는 최대 소수성 (CA)로서 특히 UV 레이저 유도 소수화이 기술의 한계가있다. 주로 N 2 용기에 샘플을 저장하는 단계를 포함 이러한 기술 중 중요한 단계는 조사 전에 산화를 방지하고, 레이저 조사, 예를 들면시의 Si 표면의 기포 생성을 제어한다., 미세 유체 채널을 사용.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| fluorescein stained nanospheres | Invitrogen | F8795 | |
| OptiClear | National Diagnostics | OE-101 | |
| ArF laser (λ=193 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| KrF laser (λ=248 nm) | Lumonics | pulse master 800 | |
| XPS | Kratos Analytical | AXIS Ultra DLD | |
| Fluorescence microscope | Olympus | IX71 | |
| XPS quantitification software | CasaXPS | 2.3.15 |
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