פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

המטרה הכוללת של ניסוי זה היא להדגים היווצרות של משטחים הידרופיליים והידרופוביים על סיליקון על ידי הקרנה עם לייזרים פלואוריד קריפטון וארגון מדגימות שקועות בריכוז נמוך של תמיסות מי חמצן או מתנול. שיטה זו יכולה לעזור לענות על כמה שאלות מפתח בתחום האינטראקציה של מוליכים למחצה בלייזר הנוגעות לשינוי כימי באזור סלקטיבי של משטח המוליכים למחצה, שעשוי להתאים ליישומי חישה ביולוגית. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן ליישם אותם בבקרת פלדה על כדאיות משטח הסיליקון ללא משטח שאיבת אבק.

מורפולוגיה של המוליך למחצה. לראשונה עלה לנו הרעיון לשיטה זו. אנו חוקרים תהליך בסיס לייזר U להיווצרות שטח סלקטיבי של פגמים במשטח המשמשים בטכנולוגיה.

כעת, כערבוב קוונטי, הדגמה חזותית של שיטה זו היא קריטית מכיוון שאוכלוסיית צי כיס האוויר של החדר הפשוט והקרינה עם הקרן ההומוגנית של לייזר EXIM הם שלבים קשים יחסית. כדי להתחיל, השתמש בסופר יהלומים כדי לחתוך פרוסת סיליקון מסוג קצה זרחן עם צד מלוטש אחד לדגימות בגודל 12 מילימטר על שישה מילימטר בעובי 380 מיקרון. לאחר מכן נקו את הדגימות על ידי שטיפתן באצטון דיין, ולאחר מכן אלכוהול איזופרופיל למשך חמש דקות כל אחת.

לאחר מכן יש לחרוט את הדגימות בתמיסת חומצה הידרופלואורית של 0.9% למשך דקה אחת כדי להסיר את התחמוצת הראשונית, ואז לשטוף אותן במים נטולי יונים ולייבש אותן בזרם של חנקן בטוהר גבוה. אחסן את הדגימות המוכנות בשקית מלאה בחנקן כדי לרסן את החמצון כשהן מוכנות להמשיך, הנח את הדגימות בתא בגובה 0.74 מילימטר. מילא את החדר במי חמצן מדולל במים או במתנול DGAs, ולאחר מכן אטם את החדר עם חלון סיליקה מותך בעל אור UV בעל שידור גבוה.

ודא שלא נותרו כיסי אוויר בתוך החדר. הקרין את הדגימה בקרן הומוגנית בשני אתרים בלבד בכל דגימה על ידי הגדלת מספר הפולסים מ-100 ל-600 בשלב של 100 פולסים דרך מסכה עגולה, בקוטר ארבעה מילימטרים. לאחר מכן, הקרינו את הדגימות באותו אופן באמצעות מסכת עלי מייפל.

בסיום, שטפו את הדגימות במים המיוננים ולאחר מכן יבשו אותן עם שטיפת חנקן לדלל ננו-כדורים מצומדים ומוכתמים פלואורסצאין בקוטר 40 ננומטר עם PBS עד 10 פעמים 12 חלקיקים למיליליטר בטמפרטורת החדר. לאחר מכן, טבלו את הדגימות המוקרנות בלייזר פלואוריד קריפטון למשך שעתיים בתמיסה זו בטמפרטורת החדר. לאחר מכן השרו את הדגימות המוקרנות ב-PBS למשך דקה אחת כדי לחסל כל ננו-כדורים מוכתמים בפלואורסצאין לא קשורים מפני השטח.

התחל בהנחת הדגימה על משטח שטוח ונקי, צור טיפה בקצה מזרק המיקרו והורד אותה לאט למשטח הדגימה עד שהיא יוצרת מגע ועוברת אל פני השטח. באמצעות מצלמת CCD צלם ושמור את תמונות פרופיל טיפת המים, מדוד כל זווית מגע באופן עצמאי בכל אחד מאתרי הלייזר. לאחר מכן טען את התמונות לתמונה J והשתמש בתוסף ניתוח טיפות נחש כדי להעריך ולממוצע את ערכי זווית המגע.

התחל בהפיכת התמונות לתמונות בגווני אפור. לאחר מכן, מתאר את קווי המתאר של הטיפה משמאל לימין כדי לאתחל את הנחש. קבל את העקומה המחברת את הקשרים הללו ופתח את העקומה על ידי לחיצה על כפתור הנחש.

חזור על תהליך זה עבור כל טיפה שצולמה. חשב את ערך זווית המגע הממוצע מארבעה אתרים מוקרני לייזר על דגימות שונות כדי לבצע ספקטרוסקופיה של אלקטרונים צילום רנטגן. התחל בהעמסת הדגימות לתא הוואקום ומשיכת ואקום של אחת כפול 10 לתשע השלילי.

לאחר מכן Tor רוכש את נתוני סקר פני השטח באופני אנרגיה קבועים של אנרגיית מעבר של 50 אלקטרון וולט. כוון לאזור של 220 מיקרון על 220 מיקרון באמצעות פליטת אלומיניום K אלפא המיוצר ebeam בהספק של 150 וואט. לאחר מכן, רכשו סריקות ברזולוציה גבוהה מאותו אזור מנותח באמצעות אנרגיית מעבר של 20 אלקטרון וולט.

לבסוף עבד את הספקטרום הנרכש עם תוכנת הכימות המתאימה בהתאם למפרט היצרן. תוצאות זווית מגע אלו נרכשו לאחר חשיפה ממוצעת של 10 דקות לתמיסות מי חמצן. זווית המגע פוחתת עם הגדלת מספר הדופק עבור כל ריכוזי החמצן השונים.

זווית המגע המינימלית של כ-15 מעלות הושגה באמצעות תמיסות מי חמצן של 0.02 ו-0.01% ב-500 פולסים נתוני ספקטרוסקופיה של אלקטרונים צילום רנטגן מראים כי כמויות הסיליקון הדו-חמצני והסיליקון הידרוקסיד באתר המוקרן על ידי לייזר פלואוריד קריפטון גדולות מאלו באזורים שאינם מוקרנים. מכיוון שלמשטחים המצופים בצורן דו חמצני יש זווית מגע מינימלית של 45 מעלות עד 50 מעלות ולשכבות סיליקון הידרוקסיד יש זווית מגע מינימלית של 13 מעלות. חד-שכבת הסיליקון הידרוקסיד הסופר הידרופילית אחראית ככל הנראה לירידה בזווית המגע בדגימות המוקרנות.

מכיוון שננו-כדורים פלואורסצנטיים מצופים ביוטין משותקים רצוי על משטחי סיליקון הידרופוביים שאינם מוקרנים, דפוס עלי המייפל שנצפה על הרקע הירוק מצביע על שטח של משטח הידרופילי חזק המיוצר על ידי לייזר KRF. בעת הקשה על הליך זה, חשוב לזכור למזער את החמצון מחשיפה לאוויר ולהפחית את יצירת הבועות במהלך הקרנת לייזר בעקבות הליך זה. ניתן לחקור שיטות אחרות המשתמשות, למשל, במנורות UV עבור משטח ששונה כימית עם יכולת חומרים.

היתרון הפוטנציאלי של שיטה זו הוא ביכולתה להפוך משטח סיליקון מהידרופובי להידרופילי ולהיפך מבלי להסיר את הגל מתא עיבוד. לאחר המאסטר, ניתן להשלים טכניקה זו תוך כ -30 דקות בהתאם למורכבות התבנית לשינוי אוויר סלקטיבי. אז לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד להשתמש באור UUV של לייזר אקזמה כדי לשלוט ביכולת של משטח סיליקון באזורים נבחרים.

אל תשכח שעבודה עם אור UV עלולה להיות מסוכנת ביותר וציוד מגן UV תמיד צריך להיות מוכן בזמן ביצוע הליך זה. כמו כן, עבודה עם חומצה הידרופלואורית מסוכנת ודורשת לבישת כפפות גומי וציוד מיגון פנים.