RU2601745C1 - Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface - Google Patents

Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface Download PDF

Info

Publication number
RU2601745C1
RU2601745C1 RU2015129179/04A RU2015129179A RU2601745C1 RU 2601745 C1 RU2601745 C1 RU 2601745C1 RU 2015129179/04 A RU2015129179/04 A RU 2015129179/04A RU 2015129179 A RU2015129179 A RU 2015129179A RU 2601745 C1 RU2601745 C1 RU 2601745C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
monolayer
solid
carbonyldiimidazole
coating
state
Prior art date
Application number
RU2015129179/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ольга Викторовна Наумова
Борис Иванович Фомин
Юлия Владимировна Кайгородова
Елена Владимировна Дмитриенко
Дмитрий Владимирович Пышный
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН), Федеральное государственное бюджетное учреждение Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук (ИХБФМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук (ИФП СО РАН)
Priority to RU2015129179/04A priority Critical patent/RU2601745C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2601745C1 publication Critical patent/RU2601745C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02107Forming insulating materials on a substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02494Structure
    • H01L21/02496Layer structure
    • H01L21/02502Layer structure consisting of two layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrument making.
SUBSTANCE: invention relates to a technology of making devices of micro- and nanoelectronics. Proposed is a method of preserving a solid-state surface, which involves successively performed stages for preliminary preparation of the surface to preservation and application of a preserving coating. First stage is performed using a non-damaging cleaning of the solid surface resulting in formation on the surface of polar groups. Second one - using carbonyldiimidazole forming the coating containing at least two monolayers formed from the said substance. Also proposed is a preserving the solid-state surface coating containing a monolayer located on the solid surface and at least one monolayer between the environment and the said monolayer. Monolayer located on the surface is rigidly connected to it, is intended for implementation of functionalization of the solid surface. Additionally made monolayer bordering with the environment is intended for protection of the solid-state surface from the environment effects and for the purpose of functionalization it is easily removed.
EFFECT: provided are prevention of damage to structural elements of the solid surface at preservation/depreservation and fast depreservation in case of sensors with simultaneous functionalization.
9 cl, 4 dwg, 7 ex

Description

Технические решения относятся к полупроводниковым приборам, к технологии изготовления приборов микро- и наноэлектроники и могут быть использованы в производстве широкого класса сенсоров, находящих применение в биологии, химии, медицине, и различного типа приборных структур, где при их электрической характеризации требуется создание идентичных условий на поверхности.Technical solutions relate to semiconductor devices, to the manufacturing technology of micro- and nanoelectronics devices and can be used in the production of a wide class of sensors that are used in biology, chemistry, medicine, and various types of instrument structures, where their electrical characterization requires the creation of identical conditions for surface.

В процессе изготовления приборов твердотельной электроники на их поверхностях могут адсорбироваться различного рода загрязнения, например, механические и органические частицы, ионы металлов, молекулы воды, относящиеся к технологическим загрязнениям. Указанные загрязнения приводят к увеличению эффективного заряда, плотности поверхностных состояний, формированию собственных окислов на поверхности (Naumova О.V., Fomin В.I., Malyarenko N.F., Popov V.P. Modification and characterization of the surface of SOI nanowire sensors. - J. NanoRes., 2012, v. 18-19, p.p. 139-147). Наличие технологических загрязнений зачастую является критическим фактором для рабочих характеристик изготавливаемых приборов и зачастую для их дальнейшего функционального назначения, в частности, для полупроводниковых сенсоров, так как препятствует иммобилизации специфичных зондов при получении сенсора, способствует возникновению эффекта экранирования поверхности сенсора, что снижает эффективность выявления молекул, представляющих интерес для последующего анализа.In the process of manufacturing solid-state electronic devices, various types of contamination can be adsorbed on their surfaces, for example, mechanical and organic particles, metal ions, water molecules related to technological pollution. These contaminants lead to an increase in the effective charge, density of surface states, and the formation of intrinsic oxides on the surface (Naumova O.V., Fomin B.I., Malyarenko NF, Popov VP Modification and characterization of the surface of SOI nanowire sensors. - J. NanoRes ., 2012, v. 18-19, pp 139-147). The presence of technological contaminants is often a critical factor for the performance of manufactured devices and often for their further functional purpose, in particular, for semiconductor sensors, since it prevents the immobilization of specific probes upon receipt of the sensor, it contributes to the screening effect of the sensor surface, which reduces the detection efficiency of molecules, of interest for subsequent analysis.

В целях устранения этого эффекта разрабатываются и применяются различные методы очистки поверхности от технологических загрязнений. При этом в ряде случаев, например, при изготовлении сенсоров, оказывается важным не только произвести качественную очистку поверхности от технологических загрязнений, но и при осуществлении указанной очистки избежать возможных повреждений изготовленных конструктивных элементов прибора, расположенных на очищаемой поверхности.In order to eliminate this effect, various methods of cleaning the surface from technological pollution are developed and applied. Moreover, in some cases, for example, in the manufacture of sensors, it turns out to be important not only to carry out high-quality cleaning of the surface from technological contaminants, but also to avoid possible damage to the manufactured structural elements of the device located on the surface being cleaned when performing this cleaning.

Кроме того, относительно сенсоров, следует отметить, что до иммобилизации специфичных зондов сенсор подвергается воздействию среды, в которой он оказывается после завершения его конструктивного изготовления. Состояние окружающей среды является критичным для рабочих характеристик приборов, в частности сенсоров, поскольку может выступать в качестве источника загрязнений. В связи с этим существует необходимость в разработке методов консервации поверхности сенсора перед осуществлением стадии приведения его в готовность к работе. Причем проведение консервации не должно обуславливать наличие повреждений сенсоров, ни непосредственно при ее проведении, ни в последствии, в результате расконсервации.In addition, with respect to sensors, it should be noted that prior to immobilization of specific probes, the sensor is exposed to the environment in which it appears after completion of its structural manufacturing. The environmental condition is critical for the performance of devices, in particular sensors, since it can act as a source of contamination. In this regard, there is a need to develop methods for preserving the surface of the sensor before the stage of putting it in readiness for work. Moreover, the conservation should not determine the presence of damage to the sensors, either directly during its implementation, or subsequently, as a result of re-conservation.

Суммируя вышесказанное, разработка средств и методов консервации/расконсервации должна осуществляться, во-первых, с учетом выполнения предшествующей консервации процедуры очистки эффективной и щадящей в отношении конструктивных элементов твердотельных приборных структур, приборов, в частности, сенсора, во-вторых, что касается непосредственно консервации, она должна обеспечить, с одной стороны, надежную защиту рабочей поверхности от влияния окружающей среды, а с другой стороны, не являтся источником загрязнений при дальнейшем использовании и причиной наличия повреждений твердотельной поверхности приборных структур, приборов, в частности, сенсоров, и, в-третьих, что касается процедуры расконсервации, она не должна повреждать конструктивные элементы твердотельной поверхности приборов на основе слоев полупроводника, диэлектрика и металлов.Summarizing the above, the development of means of preservation / de-preservation should be carried out, firstly, taking into account the implementation of the previous preservation, the cleaning procedure that is efficient and gentle on the structural elements of solid-state instrument structures, devices, in particular, the sensor, and secondly, with regard to conservation , it should provide, on the one hand, reliable protection of the working surface from the influence of the environment, and on the other hand, are not a source of pollution with further use The cause and cause of damage to the solid-state surface of instrument structures, devices, in particular sensors, and, thirdly, with regard to the re-conservation procedure, it should not damage structural elements of the solid-state surface of devices based on layers of semiconductor, dielectric, and metals.

Известен способ консервации твердотельной поверхности (И.В. Антонова, Р.А. Соотс, В.А. Селезнев, В.Я. Принц «Электрическая пассивация поверхности кремния монослоями 1-октадецена», ФТП, 2007 г., т. 41, №8, стр. 1010-1016), заключающийся в том, что проводят последовательно стадию предварительной подготовки поверхности к консервации, в качестве последней осуществляя электрическую пассивацию поверхности, стадию промежуточной пассивации поверхности, обеспечивающую условия для осаждения пассивирующего монослоя, и стадию нанесения консервирующего покрытия - монослоя, обеспечивающего электрическую пассивацию твердотельной поверхности, в частности, полупроводника. При этом на стадии предварительной подготовки поверхности к пассивированию осуществляют предварительную очистку поверхности полупроводника. На стадии промежуточной пассивации, обеспечивающей условия для осаждения пассивирующего монослоя, поверхность кремниевой подложки гидрогенизируют (промежуточная пассивация водородом) или сначала гидрогенизируют, а затем обрабатывают поверхность полупроводника раствором йода в бензоле (промежуточная пассивация йодом). Стадию нанесения консервирующего покрытия - монослоя, обеспечивающего электрическую пассивацию поверхности полупроводника, проводят путем помещения поверхности полупроводника в среду 1-октадецена и последующим осуществлением стимулированного замещения водорода или йода на молекулу 1-октадецена с нанесением монослоя данного вещества. Указанную стимуляцию осуществляют путем фотостимулирования воздействием света в ультрафиолетовом диапазоне с длиной волны 265 нм в течение 1+2 часов или путем термостимулирования с использованием температуры 110°C в течение 6÷18 часов. После нанесения монослоя 1-октадецена полупроводниковую подложку промывают в изопропиловом спирте и высушивают.A known method of conservation of solid-state surfaces (I.V. Antonova, R.A. Soots, V.A. Seleznev, V.Ya. Prince "Electrical passivation of a silicon surface by 1-octadecene monolayers", FTP, 2007, v. 41, No. 8, p. 1010-1016), which consists in the fact that they carry out the stage of preliminary preparation of the surface for conservation, as the last one by electric passivation of the surface, the stage of intermediate passivation of the surface, providing conditions for the deposition of a passivating monolayer, and the stage of applying the preserving coating ia - a monolayer that provides electrical passivation of a solid-state surface, in particular, a semiconductor. Moreover, at the stage of preliminary preparation of the surface for passivation, a preliminary cleaning of the surface of the semiconductor is carried out. At the stage of intermediate passivation, which provides the conditions for the deposition of a passivating monolayer, the surface of the silicon substrate is hydrogenated (intermediate passivation with hydrogen) or hydrogenated first, and then the surface of the semiconductor is treated with a solution of iodine in benzene (intermediate passivation with iodine). The stage of applying a preservative coating, a monolayer, which provides electrical passivation of the surface of the semiconductor, is carried out by placing the surface of the semiconductor in 1-octadecene and then carrying out stimulated replacement of hydrogen or iodine with a 1-octadecene molecule with the deposition of a monolayer of this substance. The specified stimulation is carried out by photostimulation by exposure to light in the ultraviolet range with a wavelength of 265 nm for 1 + 2 hours or by thermal stimulation using a temperature of 110 ° C for 6 ÷ 18 hours. After applying the 1-octadecene monolayer, the semiconductor substrate is washed in isopropyl alcohol and dried.

Известен способ консервации твердотельной поверхности (описание к патенту РФ №2341848 на изобретение, МПК: H01L 21/312 (2006.01)), принятый за ближайший аналог, заключающийся в том, что проводят последовательно стадию предварительной подготовки поверхности к консервации, в качестве последней осуществляя электрическую пассивацию поверхности, стадию промежуточной пассивации поверхности, обеспечивающую условия для осаждения пассивирующего монослоя, и стадию нанесения консервирующего покрытия - монослоя, обеспечивающего электрическую пассивацию твердотельной поверхности, в частности, полупроводника, с использованием при нанесении фотостимулирования или термостимулирования, указанные фотостимулирование или термостимулирование осуществляют в режиме, стабильно обеспечивающем заряд в монослое менее 1011 см-2 или в завершение последней стадии проводят термическую обработку, уменьшающую величину заряда, приводящего к поверхностному изгибу зон.There is a method of preserving a solid-state surface (description of the patent of the Russian Federation No. 2341848 for the invention, IPC: H01L 21/312 (2006.01)), adopted as the closest analogue, which consists in the fact that the preliminary preparation of the surface for conservation is carried out sequentially, as the last one by electric surface passivation, the stage of intermediate surface passivation, providing conditions for the deposition of a passivating monolayer, and the stage of applying a preservative coating - a monolayer that provides electrical passivation t erdotelnoy surface, in particular, the semiconductor using the substrate photostimulation or termostimulirovaniya mentioned photostimulation or termostimulirovanie performed in a state stably providing a charge of the monolayer in less than 10 11 cm -2 or completion of the last stage of the heat treatment that reduces the amount of charge, leading to surface bending zones.

В способе консервацию осуществляют в отношении кремния, или германия, или гетероструктур Si/SiGe/Si. В качестве консервирующего покрытия наносят монослой покрытия из класса 1-алкена (СН2=СН-(СН2)n-3СН3 с 10<n<22)-1-октадецен.In the method, preservation is carried out with respect to silicon, or germanium, or Si / SiGe / Si heterostructures. As a preservative coating, a monolayer of a class 1-alkene is applied (CH 2 = CH- (CH 2 ) n-3 CH 3 with 10 <n <22) -1-octadecene.

В ходе предварительной подготовки твердотельной поверхности полупроводника проводят сначала очистку поверхности, затем удаляют естественный окисел, после чего консервируемую поверхность подвергают химическому окислению. Промежуточную пассивацию поверхности осуществляют с использованием водородной пассивации или с использованием сначала водородной, а затем йодной, или бромной, или фторной пассивации.During the preliminary preparation of the solid-state surface of the semiconductor, the surface is first cleaned, then the natural oxide is removed, and then the preserved surface is subjected to chemical oxidation. Intermediate passivation of the surface is carried out using hydrogen passivation or using first hydrogen, and then iodine, or bromine, or fluorine passivation.

На стадии нанесения монослоя консервируемую поверхность помещают в среду 1-алкена (СН2=СН-(СН2)n-3СН3 с 10<n<22) и проводят осаждение молекул 1-алкена в качестве пассивирующего покрытия.At the monolayer deposition step, the surface to be preserved is placed in 1-alkene medium (CH 2 = CH- (CH 2 ) n-3 CH 3 with 10 <n <22) and the 1-alkene molecules are precipitated as a passivating coating.

Фотостимулирование в режиме, стабильно обеспечивающем заряд в монослое менее 1011 см-2, проводят в течение всего периода осаждения от 1,5 до 2,5 ч с использованием ультрафиолетового освещения длиной волны равной 265 нм, мощностью излучения 18 Вт/см2, при расстоянии источника ультрафиолета от подложки от 2 до 4 см. Термостимулирование в режиме, стабильно обеспечивающем заряд в монослое менее 1011 см-2, проводят в течение всего периода осаждения от 12 до 18 ч с использованием температур от 150 до 170°C.Photostimulation in the mode that stably provides a charge in the monolayer of less than 10 11 cm -2 is carried out during the entire deposition period from 1.5 to 2.5 hours using ultraviolet light with a wavelength of 265 nm, a radiation power of 18 W / cm 2 , the distance of the ultraviolet source from the substrate from 2 to 4 cm. Thermal stimulation in the mode that stably provides a charge in the monolayer of less than 10 11 cm -2 is carried out during the entire deposition period from 12 to 18 hours using temperatures from 150 to 170 ° C.

Нанесение монослоя, обеспечивающего электрическую пассивацию твердотельной поверхности - полупроводника, с использованием при нанесении фотостимулирования или термостимулирования осуществляют, соответственно, в течение всего периода осаждения от 1 до 5 ч с использованием ультрафиолетового освещения длиной волны равной 265 нм, мощностью излучения 18 Вт/см2, при расстоянии источника ультрафиолета от подложки от 1 до 10 см, или в течение всего периода осаждения от 6 до 18 ч с использованием температур от 110 до 180°C, а в завершение термическую обработку, уменьшающую величину заряда, приводящего к поверхностному изгибу зон, осуществляют при режимах термической обработки от 180 до 260°C в течение 10÷30 мин.The deposition of a monolayer that provides electrical passivation of a solid-state surface - a semiconductor, using photostimulation or thermal stimulation during deposition is carried out, respectively, during the entire deposition period from 1 to 5 hours using ultraviolet light with a wavelength of 265 nm, a radiation power of 18 W / cm 2 , when the distance of the ultraviolet source from the substrate is from 1 to 10 cm, or during the entire deposition period from 6 to 18 hours using temperatures from 110 to 180 ° C, and finally thermal Botko that reduces the amount of charge, resulting in a surface band bending, heat treatment is carried out at conditions of 180 to 260 ° C for 10 ÷ 30 minutes.

Недостатком приведенных известных способов является:The disadvantage of the known methods is:

- возможность повреждения твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия при консервации/расконсервации;- the possibility of damage to the solid-state surface of the structural elements of the product during conservation / de-preservation;

- невозможность быстрой расконсервации законсервированной твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия с обеспечением готовности к практическому применению, в частности, сенсора с достижением одновременной функционализации под последующее осуществление формирования на их поверхности селективных биослоев и/или иммобилизации специфичных зондов.- the impossibility of rapid mothballing of the conserved solid-state surface of the structural elements of the product, ensuring readiness for practical use, in particular, of a sensor, while achieving simultaneous functionalization for the subsequent implementation of the formation of selective biolayers on their surface and / or immobilization of specific probes.

Причина, препятствующая достижению нижеуказанного технического результата, заключается в следующем.The reason that impedes the achievement of the following technical result is as follows.

Во-первых, при подготовке поверхности к консервации химические реагенты воздействуют также и непосредственно на поверхность, вызывая ее изменения. Если на поверхности твердотельных приборов расположены конструктивные элементы на основе различных материалов - слоев полупроводника, диэлектрика, металлов, они могут оказаться поврежденными в связи с воздействием химических реагентов.First, in preparing the surface for conservation, chemicals also act directly on the surface, causing it to change. If on the surface of solid-state devices there are structural elements based on various materials - semiconductor layers, dielectric, metals, they can be damaged due to exposure to chemicals.

Во-вторых, в наличии в материале консервирующего покрытия функциональных групп, обладающих большой инертностью по отношению к молекулам других веществ, что препятствует не только скорейшему, но и дальнейшему, целевому использованию прибора, в частности сенсора, выполненного на основе твердотельных материалов.Secondly, the presence in the material of a preservative coating of functional groups that have great inertness with respect to the molecules of other substances, which prevents not only speedy, but also further, targeted use of the device, in particular, a sensor made on the basis of solid materials.

В-третьих, в сложности удаления консервирующего покрытия без повреждения элементов, расположенных на твердотельной поверхности прибора.Thirdly, in the difficulty of removing the preservative coating without damaging the elements located on the solid surface of the device.

Известно консервирующее твердотельную поверхность покрытие (И.В. Антонова, Р.А. Соотс, В.А. Селезнев, В.Я. Принц «Электрическая пассивация поверхности кремния монослоями 1-октадецена», ФТП, 2007 г., т. 41, №8, стр. 1010-1016), содержащее осуществляющий защитную функцию монослой 1-октадецена, расположенный на твердотельной поверхности, при этом каждая молекула монослоя связана с поверхностью посредством замещения водорода и/или иода, которыми в целях нанесения монослоя предварительно обработана поверхность с образованием ими связей с поверхностью. В качестве твердотельной поверхности выбрана поверхность полупроводника - кремния.It is known preserving a solid-state surface coating (I.V. Antonova, R.A. Soots, V.A. Seleznev, V.Ya. Prin "Electrical passivation of a silicon surface by 1-octadecene monolayers", FTP, 2007, v. 41, No. 8, pp. 1010-1016), containing a 1-octadecene monolayer having a protective function, located on a solid surface, each molecule of the monolayer being connected to the surface by replacing hydrogen and / or iodine, with which the surface is pretreated to form a monolayer to form their bonds with the surface. As a solid-state surface, the surface of a semiconductor - silicon is chosen.

Известно принятое за ближайший аналог консервирующее твердотельную поверхность покрытие (описание к патенту РФ №2341848 на изобретение, МПК: H01L 21/312 (2006.01)), содержащее монослой покрытия из класса 1-алкена (СН2=СН-(СН2)n-3СН3 с 10<n<22), осуществляющий защитную функцию, расположенный на твердотельной поверхности, в частности полупроводника, при этом каждая молекула монослоя связана с поверхностью посредством замещения водорода, или водорода и иода, или водорода и фтора, или водорода и брома, которыми в целях нанесения монослоя предварительно обработана поверхность с образованием ими связей с поверхностью. Указанный монослой использован в качестве консервирующего покрытия в отношении поверхности кремния, или германия, или гетероструктур Si/SiGe/Si.It is known that the coating preserving the solid-state surface adopted as the closest analogue (description to the patent of the Russian Federation No. 2341848 for the invention, IPC: H01L 21/312 (2006.01)) containing a monolayer of a coating from class 1 alkene (CH 2 = CH- (CH 2 ) n- 3 CH 3 with 10 <n <22), which has a protective function located on a solid surface, in particular a semiconductor, with each molecule of a monolayer connected to the surface by substitution of hydrogen, or hydrogen and iodine, or hydrogen and fluorine, or hydrogen and bromine with which, in order to apply a monolayer, The surface is removed with their formation of bonds with the surface. The specified monolayer is used as a preservative coating in relation to the surface of silicon, or germanium, or heterostructures Si / SiGe / Si.

Недостатком приведенных известных покрытий является:The disadvantage of the known coatings is:

- возможность повреждения твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия при консервации/расконсервации;- the possibility of damage to the solid-state surface of the structural elements of the product during conservation / de-preservation;

- невозможность быстрой расконсервации законсервированной твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия с обеспечением готовности к практическому применению, в частности, сенсора с достижением одновременной функционализации под последующее осуществление формирования на их поверхности селективных биослоев и/или иммобилизации специфичных зондов.- the impossibility of rapid mothballing of the conserved solid-state surface of the structural elements of the product, ensuring readiness for practical use, in particular, of a sensor, while achieving simultaneous functionalization for the subsequent implementation of the formation of selective biolayers on their surface and / or immobilization of specific probes.

Причина, препятствующая достижению нижеуказанного технического результата, заключается в следующем.The reason that impedes the achievement of the following technical result is as follows.

Во-первых, в наличии в материале консервирующего покрытия функциональных групп, обладающих большой инертностью по отношению к молекулам других веществ, что препятствует не только скорейшему, но и дальнейшему, целевому использованию изделий, в частности, такого класса приборов, как твердотельные сенсоры.Firstly, the presence in the material of a preservative coating of functional groups that have great inertness with respect to the molecules of other substances, which prevents not only speedy, but also further, targeted use of products, in particular, such a class of devices as solid-state sensors.

Во-вторых, в сложности удаления консервирующего покрытия без повреждения твердотельной поверхности конструктивных элементов изделий при консервации/расконсервации.Secondly, in the difficulty of removing the preservative coating without damaging the solid-state surface of the structural elements of the products during conservation / de-preservation.

Техническим результатом для группы решений является:The technical result for the decision group is:

- предотвращение повреждения твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия при консервации/расконсервации;- prevention of damage to the solid-state surface of the structural elements of the product during conservation / de-preservation;

- обеспечение быстрой расконсервации законсервированной твердотельной поверхности конструктивных элементов изделия с обеспечением готовности к практическому применению, в частности, изготовленного сенсора с достижением одновременной функционализации под последующее осуществление формирования на их поверхности селективных биослоев и/или иммобилизации специфичных зондов.- providing quick de-preservation of the conserved solid-state surface of the structural elements of the product, ensuring readiness for practical use, in particular, of the manufactured sensor with simultaneous functionalization for the subsequent implementation of the formation on their surface of selective biolayers and / or immobilization of specific probes.

Технический результат достигается в способе консервации твердотельной поверхности, заключающемся в том, что проводят последовательно стадию предварительной подготовки поверхности к консервации, стадию нанесения консервирующего покрытия, при этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп, а нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбонилимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.The technical result is achieved in the method of conservation of the solid-state surface, which consists in the fact that the preliminary preparation of the surface for conservation, the stage of applying a preservative coating is carried out sequentially, the preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, which leads to the formation of polar groups on the surface, and the application of a preservative coating to the surface is carried out using carbonyldiimidazole in organic solvent, providing its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance - a monolayer of carbonylimidazole residues resulting from the reaction with polar groups, and a monolayer of carbonyldiimidazole.

В способе неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных групп, осуществляют жидкостной обработкой, обрабатывая сначала в растворе NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5 продолжительностью от 30 до 120 сек., включая указанные значения, при температуре около 300 К, а затем - в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью от 10 до 30 сек., включая указанные значения, обработку сопровождают промывкой в деионизованной воде и сушкой с продувкой струей очищенного инертного газа, или осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа азота или аргона продолжительностью от 1 до 2 минут, плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 4÷10 В, длительность 1÷5 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст., в качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1, в результате очистки обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.In the method, non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, is carried out by liquid treatment, first processing in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5 lasting from 30 to 120 seconds. , including the indicated values, at a temperature of about 300 K, and then in the HF: H 2 O = 1: 100 solution, lasting from 10 to 30 seconds, including the indicated values, the treatment is followed by washing in deionized water and drying with a stream of purified inert gas, or carry out dry processing using using a low-energy plasma of an inert gas of nitrogen or argon lasting from 1 to 2 minutes, the plasma is obtained with a high-frequency induction discharge, with parameters: the frequency of the plasma generators is 13.56 MHz, the power deposited in the plasma is 100 W, the auto bias is 4 ÷ 10 V, duration 1 ÷ 5 min, working pressure - 1 mm Hg, a capacitive type generator with a ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1, is used as a generator, as a result of cleaning, the presence of polar s groups on the solid surface, formed at time of coating.

В способе нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества, тем, что предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией от 2 до 30 мг/мл, после чего осуществляют нанесение покрытия путем погружения консервируемой твердотельной поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола.In the method, the application of a preservative coating to the surface is carried out using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance, so that a solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile with a concentration of from 2 up to 30 mg / ml, after which coating is carried out by immersing the preserved solid-state surface in the solution and holding it until completion p surface modification reactions with the deposition of a monolayer of carbonylimidazole residues covalently bonded to the surface and either one monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole.

В способе выдержку до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверохностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола осуществляют в течение времени от 2 до 24 часов.In the method, exposure to completion of the surface modification reaction with the deposition of a monolayer of carbonylimidazole residues covalently linked to the surface and deposition of either a monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole is carried out for 2 to 24 hours.

В способе нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества, тем, что предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией от 2 до 30 мг/мл, после чего осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно, с наносимым объемом, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола.In the method, the application of a preservative coating to the surface is carried out using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance, so that a solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile with a concentration of from 2 up to 30 mg / ml, after which coating is applied by applying the solution dropwise to the surface to be preserved, with the applied volume preventing the volatilization the formation of acetonitrile until the surface modification reaction is completed with the monolayer of carbonylimidazole residues covalently bonded to the surface being deposited and either one monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole.

В способе наносимый объем, препятствующий улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола, берут от 1 до 10 мл/см2.In the method, the applied volume, preventing the volatilization of acetonitrile until the surface modification reaction is completed, with the deposition of a monolayer of carbonylimidazole residues and either one monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole, is taken from 1 to 10 ml / cm 2 .

Технический результат достигается в консервирующем твердотельную поверхность покрытии, содержащем монослой, расположенный на поверхности, в покрытии дополнительно выполнен, по крайней мере, один монослой между внешней средой и монослоем, расположенным на поверхности, монослои покрытия сформированы из карбонилдиимидазола, при этом монослой, расположенный на поверхности, являющийся монослоем остатков карбинилимидазола, жестко связан с ней и предназначен для осуществления функционализации твердотельной поверхности, а дополнительно выполненный монослой, граничащий с внешней средой, предназначен для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды и в целях функционализации легкоудаляем.The technical result is achieved in preserving a solid-state surface coating containing a monolayer located on the surface, at least one monolayer is made in the coating between the external environment and the monolayer located on the surface, the monolayer of the coating is formed of carbonyldiimidazole, while the monolayer located on the surface , which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is tightly bound to it and is designed to implement the functionalization of the solid-state surface, and additionally in The completed monolayer, bordering the external environment, is designed to protect the solid-state surface from environmental influences and is easily removable for functionalization.

В покрытии жестко связанный монослой, расположенный на поверхности, являющийся монослоем остатков карбинилимидазола, ковалентно связан с ней в результате взаимодействия карбонилдиимидазола с полярными группами на твердотельной поверхности.In the coating, a rigidly bonded monolayer located on the surface, which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is covalently bonded to it as a result of the interaction of carbonyldiimidazole with polar groups on a solid surface.

В покрытии дополнительно выполненный монослой, граничащий с внешней средой, предназначен для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды и в целях функционализации легкоудаляем в органическом растворителе, используемом при расконсервации твердотельной поверхности, - ацетонитриле.In the coating, an additionally made monolayer bordering the external environment is intended to protect the solid-state surface from environmental influences and, for functionalization purposes, is readily removable in the organic solvent used in the re-preservation of the solid-state surface, acetonitrile.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the accompanying figures.

На Фиг. 1 приведены зависимости тока исток-сток от напряжения на затворе (IDS-VG) для сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе, полученные до предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов на основе полупроводника, диэлектрика и металла к консервации, и после предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов на основе полупроводника, диэлектрика и металла к консервации, где 1 и 2 - зависимости (IDS-VG), полученные до предварительной подготовки поверхности сенсора к консервации; 3 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности сенсора к консервации с использованием жидкостных обработок, сначала перекисно-аммиачной, затем с использованием плавиковой кислоты; 4 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности сенсора к консервации с использованием азотной плазмы; 5 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности сенсора к консервации с использованием аргоновой плазмы и нанесения консервирующего покрытия.In FIG. Figure 1 shows the dependences of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) for sensors based on silicon-on-insulator structures obtained before preliminary preparation of the solid-state surface of structural elements based on a semiconductor, dielectric, and metal for conservation, and after preliminary preparing a solid-state surface of structural elements based on a semiconductor, dielectric, and metal for conservation, where 1 and 2 are the dependences (I DS -V G ) obtained before preliminary preparation of the sensor surface for conservation; 3 - dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the sensor surface for conservation using liquid treatments, first ammonium peroxide, then using hydrofluoric acid; 4 - dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the sensor surface for conservation using nitrogen plasma; 5 - dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the sensor surface for conservation using argon plasma and applying a preservative coating.

На Фиг. 2 приведены зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) для сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе с различным исходным состоянием твердотельной поверхности конструктивных элементов, полученные до предварительной подготовки ее к консервации (светлые символы) и после предварительной подготовки ее к консервации с использованием аргоновой плазмы и нанесения консервирующего покрытия (темные символы).In FIG. Figure 2 shows the dependences of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) for sensors based on silicon-on-insulator structures with different initial state of the solid-state surface of structural elements, obtained before its preliminary preparation for conservation (light symbols) and after preliminary preparing it for preservation using argon plasma and applying a preservative coating (dark symbols).

На Фиг. 3 приведены зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) для сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе, полученные после предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием азотной плазмы и нанесения консервирующего покрытия, на вставке показана зависимость напряжения плоских зон (Vfb) от времени хранения сенсоров в воздушной среде при отсутствии на их поверхности консервирующего покрытия (светлые символы), при наличии на их поверхности консервирующего покрытия (темные символы), где 6 - зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных сразу после нанесения консервирующего покрытия; 7 - зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению 1 часа после нанесения консервирующего покрытия; 8 - зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению суток после нанесения консервирующего покрытия; 9 - зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению недели после нанесения консервирующего покрытия; 10 - зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению двух месяцев после нанесения консервирующего покрытия.In FIG. Figure 3 shows the dependences of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) for sensors based on silicon-on-insulator structures obtained after preliminary preparation of the solid-state surface of structural elements for conservation using nitrogen plasma and applying a preservative coating, the inset shows dependence of the flat-band voltage (V fb) from the sensor storage time in air in the absence of the preservative on the surface of the coating (open symbols) in the presence on their surface preservative pokr ment (filled symbols), where 6 - dependence (I DS -V G), obtained from the measurements carried out immediately after applying the coating preservative; 7 - dependence (I DS -V G ), obtained as a result of measurements taken after 1 hour after applying a preservative coating; 8 - dependence (I DS -V G ), obtained as a result of measurements taken after one day after applying a preservative coating; 9 - dependence (I DS -V G ), obtained as a result of measurements taken after a week after applying a preservative coating; 10 - dependence (I DS -V G ), obtained as a result of measurements taken after two months after applying a preservative coating.

На Фиг. 4 приведены зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) для сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе, полученные после предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, с нанесением консервирующего покрытия/без нанесения консервирующего покрытия, при наличии/отсутствии на поверхности иммобилизованных молекул тестового белка BSA (bovine serum albumin), где 11 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, с нанесением консервирующего покрытия, при отсутствии на поверхности адсорбированных молекул тестового белка BSA; 12 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, без нанесения консервирующего покрытия, при наличии на поверхности иммобилизованных молекул тестового белка BSA; 13 - зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, с нанесением консервирующего покрытия, при наличии на поверхности адсорбированных молекул тестового белка BSA.In FIG. Figure 4 shows the dependences of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) for sensors based on silicon-on-insulator structures obtained after preliminary preparation of the solid-state surface of structural elements for conservation using argon plasma, with / without a preservative coating preservative coatings, the presence / absence of immobilized molecules on the surface of the test protein BSA (bovine serum albumin), wherein 11 - dependent (I DS -V G), obtained after pre constructs surface by the elements to the preservation using argon plasma, with the application of a preservative coating, in the absence of adsorbed molecules on the surface of the test protein BSA; 12 - dependence (I DS -V G ), obtained after preliminary preparation of the surface of structural elements for conservation using argon plasma, without applying a preservative coating, in the presence of immobilized molecules of the BSA test protein on the surface; 13 - dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the surface of structural elements for conservation using argon plasma, with the application of a preservative coating, in the presence of adsorbed BSA test protein molecules on the surface.

Предлагаемая группа технических решений обеспечивает в отношении изделий микро- и наноэлектроники решение, во-первых, проблемы неповреждающей консервации/расконсервации твердотельной приборных структур с конструктивными элементами на основе полупроводника, диэлектрика и металла, в частности, при их электрической характеризации и, во-вторых, решение одной из ключевых проблем технологии нанобиосенсоров - создание высокоэффективного средства защиты (консервации) твердотельной поверхности на период между двумя базовыми этапами - конструктивным изготовлением элементов твердотельных сенсоров и формированием на их поверхности селективных биослоев и/или иммобилизации молекул специфичных зондов. Способ и покрытие, получаемое при осуществлении способа, позволяют сохранять требуемое состояние поверхности твердотельных сенсоров при хранении их на воздухе без использования инертной среды при комнатной (около 300 К) температуре и устраняет необходимость каких-либо дополнительных процедур обработки для иммобилизации любых видов биологических и химических молекул, содержащих первичную аминогруппу.The proposed group of technical solutions provides solutions for micro- and nanoelectronics products, firstly, the problems of non-damaging conservation / de-preservation of solid-state device structures with structural elements based on a semiconductor, dielectric and metal, in particular, when they are electrically characterized and, secondly, the solution to one of the key problems of nanobiosensor technology is the creation of a highly effective means of protecting (preserving) a solid-state surface for the period between two basic stages - const uktivnym manufacturer of sensors and solid state elements forming on their surface biosloev selective and / or specific probe molecule immobilization. The method and coating obtained by the method allows maintaining the required surface condition of solid-state sensors when they are stored in air without using an inert medium at room temperature (about 300 K) and eliminates the need for any additional processing procedures to immobilize any kind of biological and chemical molecules containing a primary amino group.

Технический результат в способе консервации твердотельной поверхности, включающем последовательное проведение стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника, диэлектрика и металла, в частности сенсора, к консервации и стадии нанесения консервирующего покрытия, а также для получаемого указанным способом консервации покрытия базируется на следующем.The technical result in a method for preserving a solid-state surface, including the sequential stage of preliminary preparation of a solid-state surface of structural elements from a semiconductor, dielectric and metal, in particular a sensor, for preservation and the stage of applying a preservative coating, as well as for the coating obtained by the specified method of preservation, is based on the following.

Во-первых, на проведении стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации и формированию в конечном итоге консервирующего покрытия посредством очистки поверхности, обеспечивающей удаление лишь механических частиц и органических веществ с поверхности, приводящей к гирофилизации поверхности полупроводника и/или диэлектрика, не разрушая конструктивные элементы, - неповреждающей твердотельную поверхность очисткой с сопровождающимся получением на поверхности полярных групп.Firstly, at the stage of preliminary preparation of a solid-state surface for conservation and the formation of a preservative coating ultimately by cleaning the surface, ensuring that only mechanical particles and organic substances are removed from the surface, leading to gyrophilization of the surface of the semiconductor and / or dielectric, without destroying the structural elements, - non-damaging solid-state surface cleaning with the accompanying receipt on the surface of the polar groups.

Указанная очистка твердотельной поверхности может быть осуществлена с использованием жидкостных обработок либо с использованием сухих обработок посредством воздействия на поверхность низкоэнергетичной плазмой инертного газа. Например, сенсора с конструктивными элементами на основе кремния и диоксида кремния с получением на поверхности полярных групп либо жидкостными обработками сначала перекисно-аммиачной, затем с использованием плавиковой кислоты, либо в плазме азота или аргона.The indicated cleaning of the solid-state surface can be carried out using liquid treatments or using dry treatments by exposing the surface to a low-energy inert gas plasma. For example, a sensor with structural elements based on silicon and silicon dioxide with obtaining on the surface of the polar groups either by liquid treatments first with peroxide-ammonia, then using hydrofluoric acid, or in a plasma of nitrogen or argon.

В частности, очистку поверхности осуществляют жидкостной обработкой, обрабатывая сначала в растворе NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5 продолжительностью от 30 до 120 сек. при температуре около 300 К, а затем - в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью от 10 до 30 сек. при той же температуре. После выполнения обработки проводят сначала промывку в деионизованной воде и затем сушку с использованием продувки очищенной струей инертного газа, в частности, азота. Последняя операция завершает цикл очистки.In particular, surface cleaning is carried out by liquid treatment, first processing in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5 lasting from 30 to 120 seconds. at a temperature of about 300 K, and then in a HF: H 2 O = 1: 100 solution lasting from 10 to 30 seconds. at the same temperature. After completing the treatment, first rinsing in deionized water and then drying using a purged stream of inert gas, in particular nitrogen, are carried out. The last operation completes the cleaning cycle.

В альтернативном варианте, очистку поверхности осуществляют сухой обработкой с использованием плазмы азота или аргона продолжительностью от 1 до 2 минут. Указанную плазму получают, например, при высокочастотном (ВЧ) индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 4÷10 В, длительность 1-5 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст. В качестве генератора использован генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1.Alternatively, the surface is cleaned by dry treatment using a plasma of nitrogen or argon lasting from 1 to 2 minutes. The specified plasma is obtained, for example, with a high-frequency (HF) induction discharge, with parameters: the frequency of the plasma generators is 13.56 MHz, the power deposited in the plasma is 100 W, the autodisplacement is 4 ÷ 10 V, the duration is 1-5 min, the working pressure - 1 mmHg A capacitive type generator with a ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1, was used as a generator.

Выполняя какую-либо из указанных обработку обеспечивают на твердотельной поверхности полупроводника и/или диэлектрика, в частности, поверхности сенсора наличие полярных групп, в частности ОН, на окисленной поверхности кремния, содержащей естественный, химический или термический окисел, существующий к моменту нанесения консервирующего покрытия. С полярными группами в дальнейшем на этапе формирования покрытия будет взаимодействовать карбонилдиимидазол (CDI) - вещество, используемое для получения покрытия.Performing any of the above treatments, on the solid-state surface of the semiconductor and / or dielectric, in particular, on the surface of the sensor, the presence of polar groups, in particular OH, on the oxidized surface of silicon containing a natural, chemical or thermal oxide existing at the time of applying the preservative coating is provided. In the future, carbonyldiimidazole (CDI), the substance used to obtain the coating, will interact with polar groups in the coating formation stage.

Процедуры жидкостной очистки поверхности полупроводниковых подложек, на которых могут быть выполнены какие-либо элементы приборной структуры, посредством растворов и смесей кислот и щелочей, а также сухой очистки на основе ионного или плазмохимического травления хорошо известны.Procedures for liquid cleaning the surface of semiconductor substrates, on which any elements of the device structure can be performed, using solutions and mixtures of acids and alkalis, as well as dry cleaning based on ion or plasma chemical etching are well known.

К используемой в предлагаемом решении жидкостной очистке поверхности при проведении стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации близка стандартная обработка SC-1. Однако посредством указанной обработки достигается несколько иной эффект. Обработка SC-1 (так называемая перекисно-аммиачная), разработана как один из основных этапов общей жидкостной очистки RCA [W. Kerns and D.A. Puotinen, RCA Rev. 31, 187, 1970] кремниевых пластин и кристаллов при производстве интегральных схем (ИС). Обработка SC-1 включает использование перекиси водорода (Н2О2), гидроксида аммония (NH4OH) и деионизированной воды (Н2О) в составе NH4OH:H2O2:H2O=1:1:6. Обработку указанным составом проводят при температуре 80°C в течение 10÷15 мин и используют для удаления механических частиц и органических веществ с твердотельной поверхности, в частности, кремния и диоксида кремния за счет реакций окисления - растворения. Остаточный окисел с поверхности полупроводника удаляют последующей обработкой в водном растворе 0,5% HF (в результате такой обработки происходит формирование неполярных связей - оборванные связи пассивируются водородом, поверхность гидрофобна). В настоящее время SC-1 применяют с некоторыми изменениями концентраций растворов, температуры и длительности с целью уменьшения скорости окисления и развития шероховатости (микрорельефа) поверхности кремния. Например, используют состав NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5, температуры от 80 до 90°C, длительность обработки от 10 до 15 мин [Ohmi Т. «Total Room Temperature Wet Cleaning for Si Substrate Surfaces - J. Electrochem. Soc, 1996, v. 143, N 9, p.p. 2957-2964].The standard surface treatment SC-1 is close to the liquid surface cleaning used in the proposed solution during the preliminary preparation of the solid surface for conservation. However, through this treatment, a slightly different effect is achieved. Processing SC-1 (the so-called peroxide-ammonia), was developed as one of the main stages of the general liquid purification of RCA [W. Kerns and DA Puotinen, RCA Rev. 31, 187, 1970] silicon wafers and crystals in the manufacture of integrated circuits (ICs). SC-1 treatment involves the use of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), ammonium hydroxide (NH 4 OH) and deionized water (H 2 O) as part of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 6 . The treatment with this composition is carried out at a temperature of 80 ° C for 10-15 minutes and is used to remove mechanical particles and organic substances from a solid surface, in particular silicon and silicon dioxide due to oxidation-dissolution reactions. Residual oxide from the surface of the semiconductor is removed by subsequent processing in an aqueous solution of 0.5% HF (as a result of this treatment, the formation of non-polar bonds occurs - dangling bonds are passivated by hydrogen, the surface is hydrophobic). Currently, SC-1 is used with some changes in solution concentrations, temperature and duration in order to reduce the oxidation rate and the development of roughness (microrelief) of the silicon surface. For example, the composition NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5, temperatures from 80 to 90 ° C, processing time from 10 to 15 minutes are used [Ohmi T. “Total Room Temperature Wet Cleaning for Si Substrate Surfaces - J. Electrochem. Soc, 1996, v. 143, N 9, pp 2957-2964].

Однако в отношении предлагаемой группы технических решений оказываются неприемлемыми следующие факторы известной очистки. Во-первых, повышенная температура. Во-вторых, кроме удаления загрязнений происходит окисление и стравливание материала твердотельной поверхности в более жесткой форме, что критично для наноразмерных слоев конструктивных элементов, в частности, из Si. В-третьих, возможность нарушения у твердотельного сенсора рабочих слоев, в частности, из SiO2. Для устранения указанных факторов используемые режимы операций были скорректированы вышеприведенным образом.However, with respect to the proposed group of technical solutions, the following factors of known purification are unacceptable. Firstly, fever. Secondly, in addition to removing contaminants, the material of the solid-state surface is oxidized and etched in a more rigid form, which is critical for nanoscale layers of structural elements, in particular, of Si. Thirdly, the possibility of violation of the solid-state sensor of the working layers, in particular, of SiO 2 . To eliminate these factors, the modes of operations used were adjusted in the above manner.

В процедуре сухой очистки материалов микро- и наноэлектроники плазмохимическим травлением загрязнения с поверхности удаляются в результате физического распыления и/или химических реакций с генерированными в плазме радикалами с преобразованием в летучие соединения. Достигаемый эффект очистки определяется рядом параметров: состав рабочего газа, давление, мощность, потенциала ВЧ-смещения и другие. Как правило, параметры подбирают в зависимости от конкретных материалов и изделий с целью получения поверхности высокого структурного совершенства.In the dry cleaning procedure of materials of micro- and nanoelectronics by plasma-chemical etching, contaminants from the surface are removed as a result of physical atomization and / or chemical reactions with radicals generated in the plasma with conversion to volatile compounds. The achieved cleaning effect is determined by a number of parameters: composition of the working gas, pressure, power, RF bias potential, and others. As a rule, the parameters are selected depending on the specific materials and products in order to obtain a surface of high structural perfection.

К используемой в предлагаемом решении сухой очистке поверхности, сопровождающейся формированием полярных групп, в частности ОН, на поверхности, при проведении стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации близка, например, очистка посредством плазмохимического травления (см. описание к патенту РФ №2456702 на изобретение), заключающаяся в следующем. Материал с поверхностью, подлежащей очистке, размещают на подложкодержателе в вакуумной камере. Осуществляют подачу рабочего газа, C4F8, в вакуумную камеру, поджиг плазмы ВЧ-индукционным разрядом, подачу ВЧ-мощности к подложкодержателю и травление. Травление осуществляют в режиме повторяющихся циклов, включающих операции травления и пассивации. Непосредственно при травлении на подложкодержатель подают ВЧ-мощность в пределах от 280 до 300 Вт в течение времени от 0,1 до 100 с.The dry cleaning of the surface used in the proposed solution, accompanied by the formation of polar groups, in particular OH, on the surface during the preliminary preparation of the solid-state surface for conservation is close, for example, cleaning by plasma-chemical etching (see the description of the RF patent for invention No. 2456702) consisting in the following. Material with a surface to be cleaned is placed on a substrate holder in a vacuum chamber. The working gas, C 4 F 8 , is supplied to the vacuum chamber, the plasma is ignited by an RF induction discharge, the RF power is supplied to the substrate holder and etched. Etching is carried out in the mode of repeating cycles, including the operation of etching and passivation. During etching, the RF power is applied directly to the substrate holder in the range from 280 to 300 W for a time from 0.1 to 100 s.

Неприемлемыми особенностями указанной известной очистки являются травление приповерхностных слоев твердотельного материала и введение радиационных дефектов, поскольку они оказываются критичными для электрических свойств твердотельных сенсоров с нанометровыми слоями полупроводника. В связи с этим в предлагаемом решении условия проведения очистки были скорректированы вышеприведенным образом.Unacceptable features of this known cleaning are the etching of surface layers of a solid-state material and the introduction of radiation defects, since they are critical for the electrical properties of solid-state sensors with nanometer layers of a semiconductor. In this regard, in the proposed solution, the conditions for cleaning were adjusted in the above manner.

Об эффективности осуществляемой очистки в предлагаемом способе консервации позволяют судить измеренные зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) для твердотельных сенсоров, в частности, на основе структур кремний-на-изоляторе, до обработки (см. Фиг. 1, позиции 1 и 2) и после обработки (см. Фиг. 1): после жидкостной обработки - позиция 3, после обработки в плазме азота - позиция 4, после обработки в плазме аргона - позиция 5. Как в случае жидкостной обработки, так и в случаях сухой обработки, наблюдается сдвиг затворных характеристик сенсоров (напряжения плоских зон) в сторону меньших напряжений. Напряжения плоских зон близки по значению. Отсутствует значительный разброс кривых. Приведенные экспериментальные данные показывают совпадение получаемого качества обработанной твердотельной поверхности в ходе предварительной подготовки к консервации при применении разных обработок.The effectiveness of the cleaning in the proposed conservation method allows us to judge the measured dependence of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) for solid-state sensors, in particular, based on silicon-on-insulator structures, before processing (see Fig. 1 , positions 1 and 2) and after treatment (see Fig. 1): after liquid treatment, position 3, after treatment in nitrogen plasma, position 4, after treatment in argon plasma, position 5. As in the case of liquid treatment, in cases of dry processing, a shift of the gate characteristics with sensors (voltages of flat zones) towards lower voltages. The stresses of the flat zones are close in value. There is no significant variation in the curves. The experimental data presented show the coincidence of the obtained quality of the treated solid surface during preliminary preparation for conservation with the use of different treatments.

Кроме того, для оценки эффективности очистки было протестировано на примере использования плазмы аргона влияние исходного (до обработки) состояния твердотельной поверхности (см. Фиг. 2). Были измерены зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) для твердотельных сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе с различным исходным состоянием поверхности. Полученные до предварительной подготовки поверхности к консервации (светлые символы) и после предварительной подготовки поверхности к консервации посредством использования плазмы аргона, с одними и теми же ее характеристиками, с нанесением консервирующего покрытия (темные символы) показывают, что обработка обуславливает сдвиг затворных характеристик (напряжения плоских зон) в сторону меньших напряжений, причем напряжения плоских зон близки по своим значениям, а разброс кривых незначителен.In addition, to evaluate the cleaning efficiency, the effect of the initial (before processing) state of the solid-state surface was tested using the argon plasma as an example (see Fig. 2). The dependences of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) were measured for solid-state sensors based on silicon-on-insulator structures with different initial surface conditions. Obtained before preliminary preparation of the surface for conservation (light symbols) and after preliminary preparation of the surface for conservation through the use of argon plasma, with the same characteristics, with the application of a preservative coating (dark symbols), show that the treatment causes a shift of the gate characteristics (flat voltage zones) towards lower stresses, and the stresses of the flat zones are close in their values, and the scatter of the curves is insignificant.

Таким образом, как было показано на примере использования для обработки плазмы аргона, получаемое качество обработанной твердотельной поверхности в ходе предварительной подготовки к консервации не зависит от исходного состояния поверхности.Thus, as was shown by the example of using argon for plasma processing, the resulting quality of the treated solid-state surface during preliminary preparation for conservation does not depend on the initial state of the surface.

Проведение стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации посредством неповреждающей конструктивные элементы очистки, приводящей к формированию полярных групп вышеприведенными вариантами очистки, подготавливает поверхность к консервации. При этом за счет наличия полярных групп обеспечивается предпосылка к реализации получения жестко связанного с твердотельной поверхностью первого монослоя покрытия и в дальнейшем за счет него функционализации твердотельного сенсора, на который наслаивают монослой, выполняющий защитную функцию. После операции очистки с формированием полярных групп на твердотельной поверхности, последняя может находиться на воздухе в течение одной минуты или менее в условиях «чистой комнаты» (класса не выше 100). Указанный временной интервал не приводит к появлению загрязнений, которые потребуют повторной очистки. В связи с этим в способе не требуется использование специальных средств, предотвращающих воздействие воздушной среды «чистой комнаты» на твердотельную поверхность перед нанесением консервирующего покрытия. Использование этих средств возможно, но не является необходимостью.Carrying out the stage of preliminary preparation of the solid-state surface for conservation by means of non-damaging cleaning structural elements, leading to the formation of polar groups by the above cleaning options, prepares the surface for conservation. In this case, due to the presence of polar groups, a prerequisite is provided for the implementation of obtaining the first monolayer of the coating rigidly bonded to the solid-state surface and, subsequently, due to it, functionalization of the solid-state sensor on which the monolayer is laminated, which performs a protective function. After the cleaning operation with the formation of polar groups on a solid surface, the latter can be in the air for one minute or less in a "clean room" (class not higher than 100). The specified time interval does not lead to the appearance of contaminants that will require repeated cleaning. In this regard, the method does not require the use of special means to prevent the exposure of the air of the "clean room" to the solid surface before applying a preservative coating. The use of these tools is possible, but not necessary.

Во-вторых, достижение указанного технического результата базируется на формировании консервирующего покрытия с использованием защитного от воздействия окружающей среды органического материала со слабо связанными между собой молекулами, в котором молекулы способны к взаимодействию с полярными группами на очищенной твердотельной поверхности, модифицируя последнюю, оказываясь жестко связанными с ней, и обеспечению функционализации сенсоров при удалении части консервирующего покрытия для последующего осуществления формирования на поверхности селективных биослоев и/или иммобилизации специфичных зондов.Secondly, the achievement of the indicated technical result is based on the formation of a preservative coating using an environmentally protective organic material with weakly interconnected molecules, in which the molecules are able to interact with polar groups on a cleaned solid surface, modifying the latter, being rigidly bound to her, and ensuring the functionalization of the sensors when removing part of the preservative coating for subsequent implementation of the formation on overhnosti biosloev selective and / or immobilization specific probes.

Известны протоколы функционализации поверхности сенсоров с формированием реакционно-способной поверхности по отношению к первичным амино-группам молекул-зондов [Дмитриенко Е.В., Тронин А.В., Попов В.П., Пышная И.А., Пышный Д.В. Иммобилизация биомолекулярных зондов на поверхность Si/SiO2 // Вестник НГУ. серия: Биология, клиническая медицина. - 2013. - Т. 11 (4). - СС. 35-43]. Функционализация является завершающим действием в процессе получения работоспособного сенсора. На этапе функционализации отчетливо проявляется обстоятельство, что при разработке полупроводниковых сенсоров, необходимо учитывать факторы, обуславливаемые особенностями поверхности и конкретным методом выявления биомолекул, реализация которого базируется на использовании данного сенсора. В общем случае полупроводниковый материал сенсора может накладывать ряд ограничений, среди которых большое значение имеет эффективный заряд поверхности, поскольку наличие большой величины заряда может приводить к снижению отклика системы на формирование комплекса иммобилизованный зонд - анализируемый маркер. Дополнительным условием относительно фиксации биомолекулярных зондов выступает минимизация расстояния между поверхностью и выявляемой молекулой, поскольку максимальное влияние на проводимость оказывает ближайшее окружение проводника. При этом использование, например, модифицированных силанов (распространенный метод функционализации поверхности) может оказаться нежелательным, так как этап силанизирования поверхности диоксида кремния, сопровождается формированием на поверхности довольно значительного слоя, толщиной, составляющей от 5 до 20 нм. В связи с этим оптимальный вариант функционализации поверхности должен принимать во внимание короткий незаряженный линкер, при этом процедура функционализации должна быть максимально простой. Одним из возможных вариантов функционализации является обработка поверхности сенсора молекулами карбонилдиимидазола, растворенного в органическом растворителе [Srikant Pathak, Anup К. Singh, James R. McElhanon, and Paul M. Dentinger // Dendrimer-Activated Surfaces for High Density and High Activity Protein Chip Applications // Langmuir, V. 20, No. 15, PP. 6075-6079 (2004)]. Отметим, что авторами работы рассмотрена лишь возможность функционализации, но не консервации, с помощью карбонилдиимидазола (CDI) и только плоских поверхностей слайдов. При этом в качестве иммобилизуемой молекулы использовано низкомолекулярное соединение, выступающие в качестве линкера для дальнейшего присоединение макромолекулярных зондов.Known protocols for the functionalization of the surface of sensors with the formation of a reactive surface with respect to the primary amino groups of probe molecules [Dmitrienko EV, Tronin AV, Popov VP, Pyshnaya IA, Pyshny D.V. . Immobilization of biomolecular probes on the surface of Si / SiO 2 // Vestnik NSU. Series: Biology, Clinical Medicine. - 2013 .-- T. 11 (4). - SS. 35-43]. Functionalization is the final step in the process of obtaining a workable sensor. At the stage of functionalization, the circumstance is clearly manifested that when developing semiconductor sensors, it is necessary to take into account factors caused by the surface features and the specific method for detecting biomolecules, the implementation of which is based on the use of this sensor. In the general case, the semiconductor material of the sensor can impose a number of restrictions, among which the effective charge of the surface is of great importance, since the presence of a large amount of charge can lead to a decrease in the response of the system to the formation of an immobilized probe-analyte marker complex. An additional condition regarding the fixation of biomolecular probes is minimization of the distance between the surface and the detected molecule, since the nearest environment of the conductor has a maximum effect on the conductivity. In this case, the use of, for example, modified silanes (a common method of surface functionalization) may be undesirable, since the stage of silanizing the surface of silicon dioxide is accompanied by the formation of a rather significant layer on the surface, with a thickness of 5 to 20 nm. In this regard, the best option for surface functionalization should take into account a short uncharged linker, while the functionalization procedure should be as simple as possible. One possible functionalization option is to treat the surface of the sensor with carbonyldiimidazole molecules dissolved in an organic solvent [Srikant Pathak, Anup K. Singh, James R. McElhanon, and Paul M. Dentinger // Dendrimer-Activated Surfaces for High Density and High Activity Protein Chip Applications // Langmuir, V. 20, No. 15, PP. 6075-6079 (2004)]. Note that the authors of the work considered only the possibility of functionalization, but not preservation, using carbonyldiimidazole (CDI) and only the flat surfaces of the slides. In this case, as a immobilized molecule, a low molecular weight compound is used, acting as a linker for the further attachment of macromolecular probes.

В предлагаемом решении карбонилдиимидазол (CDI) используют как активный материал, обеспечивающий консервацию твердотельной поверхности, а также в отношении сенсора и возможность функционализации с максимально простой процедурой. При этом основное требование к консервируемой поверхности - наличие на ней полярных групп, которые получают, завершив цикл предварительной очистки поверхности, и, конечно же, отсутствие загрязнений. При выполнении указанных условий молекулы карбонилдиимидазола взаимодействуют с полярными группами на поверхности, формируя ковалентные связи, происходит модификация поверхности с формированием на ней в результате химической реакции монослоя - карбонилимидазола (CI), жестко связанного с поверхностью. Сформированный таким образом монослой играет ключевую роль в процессе функционализации. Подчеркнем, что условие отсутствия загрязнений на поверхности является важным, поскольку обуславливает связывание посредством полярных связей молекул карбонилдиимидазола именно с поверхностью конструктивных элементов, а не с частицами загрязнений. Это важно для полноценного процесса функционализации и в целом для эффективности сенсора.In the proposed solution, carbonyldiimidazole (CDI) is used as an active material providing conservation of the solid surface, as well as with respect to the sensor and the possibility of functionalization with the simplest procedure possible. In this case, the main requirement for the surface to be preserved is the presence of polar groups on it, which are obtained by completing the surface pre-treatment cycle, and, of course, the absence of contamination. Under these conditions, the carbonyldiimidazole molecules interact with polar groups on the surface to form covalent bonds, the surface is modified to form a monolayer of carbonylimidazole (CI), which is rigidly bonded to the surface as a result of the chemical reaction. The monolayer thus formed plays a key role in the functionalization process. We emphasize that the condition for the absence of contaminants on the surface is important, since it determines the binding by means of polar bonds of carbonyldiimidazole molecules precisely to the surface of structural elements, and not to pollution particles. This is important for a full functionalization process and, in general, for sensor efficiency.

Отметим, что ковалентно связанный с твердотельной поверхностью сенсора монослой, сформированный из CDI, может быть использован как непосредственно для иммобилизации тестовых частиц аналита, так и в качестве промежуточного слоя для дальнейшей иммобилизации зондов-маркеров, увеличивающих селективность взаимодействия сенсора с частицами аналита (для формирования селективных биослоев).Note that a monolayer formed from CDI covalently bonded to the sensor’s solid surface can be used both directly to immobilize analyte test particles and as an intermediate layer for further immobilization of marker probes that increase the selectivity of the sensor’s interaction with analyte particles (to form selective biolayers).

Таким образом, монослой достаточен для функционализации поверхности. Однако остатки карбонилимидазола (CI), в случае осаждения лишь единственного слоя из карбонилдиимидазола, достаточно высокореакционны, и без дополнительного покрытия они будут инактивироваться при контакте с компонентами окружающей среды. Ковалентно связанный монослой, то есть остаток карбонилимидазола (CI), может реагировать с окружением и разгидрализовываться, в результате утрачивая способность к участию в последующей реакции со специфичными зондами. В связи с этим наличие единственного монослоя из карбонилдиимидазола не может обеспечить и функционализацию, и консервацию, поскольку при хранении на воздухе молекулы будут взаимодействовать с различными атмосферными органическими загрязнениями. В результате последнего снижается вероятность взаимодействия молекул с частицами аналита, либо с иммобилизуемыми зондами-маркерами, что способствует снижению отклика системы сформированного комплекса иммобилизованный зонд - анализируемый маркер.Thus, the monolayer is sufficient for functionalization of the surface. However, carbonylimidazole (CI) residues, if only a single layer of carbonyldiimidazole is precipitated, are highly reactive, and without additional coating they will be inactivated upon contact with environmental components. A covalently bonded monolayer, i.e., a carbonylimidazole (CI) residue, can react with the environment and dehydrate, thereby losing the ability to participate in a subsequent reaction with specific probes. In this regard, the presence of a single monolayer of carbonyldiimidazole cannot provide both functionalization and conservation, since when stored in air, the molecules will interact with various atmospheric organic pollution. As a result of the latter, the probability of interaction of molecules with analyte particles or with immobilized marker probes is reduced, which helps to reduce the response of the system of the formed complex of an immobilized probe - an analyzed marker.

Для консервации твердотельной поверхности сенсора и, таким образом, защиты от негативного влияния окружающей среды до момента взаимодействия с частицами аналита необходимо нанесение второго монослоя. Второй монослой карбонилдиимидазола непосредственно выполняет защитную функцию. Для консервации необходимо и достаточно нанесение дополнительно к первому монослою второго монослоя, контактирующего с внешней средой. Он оттягивает на себя последствия негативного влияния окружающей среды. Молекулы карбинилдиимидазола второго монослоя нейтрализуют действие загрязнений из окружающей среды, вступая с ними в реакцию. Второй монослой блокирует негативное воздействие окружающей среды в отношении первого монослоя, обеспечивающего функционализацию.In order to preserve the solid state surface of the sensor and, thus, protect it from negative environmental influences, a second monolayer is required before interaction with analyte particles. The second monolayer of carbonyldiimidazole directly performs a protective function. For preservation, it is necessary and sufficient to apply, in addition to the first monolayer, a second monolayer in contact with the external environment. It pulls on itself the consequences of the negative impact of the environment. Molecules of carbonyldiimidazole of the second monolayer neutralize the effect of environmental pollution, reacting with them. The second monolayer blocks the negative environmental impact in relation to the first monolayer, which ensures functionalization.

Отметим, что дополнительно к первому монослою из остатков карбонилимидазола может быть нанесен не только один, второй, монослой карбинилдиимидазола, но и большее количество монослоев. Хотя в целях достижения технического результата, это будет являться избыточным. В случае нанесения монослоев из карбонилдиимидазола в количестве более двух (монослоя остатков карбонилимидазола и монослоя карбонилдиимидазола), защитная функция выполняется монослоем карбинилдиимидазола, расположенным снаружи и контактирующим с внешней средой. При этом второй и последующие монослои карбинилдиимидазола, расположенные между первым монослоем остатка карбинилимидазола и последним монослоем карбинилдиимидазола - избыточные монослои. Нанесение их оправдано тем, что в случае повреждения контактирующего с внешней средой монослоя карбинилдиимидазола и невозможности выполнения им защитной функции в полном объеме, они начинают играть активную роль, восполняя недостаток выполнения защитной функции наружным слоем. Таким образом, гарантируется более полноценная консервация.Note that in addition to the first monolayer of carbonylimidazole residues, not only one, the second monolayer of carbonyldiimidazole, but also a larger number of monolayers can be deposited. Although in order to achieve a technical result, this will be redundant. In the case of applying monolayers of carbonyldiimidazole in an amount of more than two (a monolayer of carbonylimidazole residues and a monolayer of carbonyldiimidazole), the protective function is performed by the carbonyldiimidazole monolayer located externally and in contact with the external environment. In this case, the second and subsequent monolayers of carbonyldiimidazole located between the first monolayer of the residue of carbinylimidazole and the last monolayer of carbinylldiimidazole are excess monolayers. Their application is justified by the fact that in case of damage to the monolayer of carbonyldiimidazole in contact with the external environment and the impossibility of fulfilling its protective function in full, they begin to play an active role, filling the lack of the protective function of the outer layer. Thus, a more complete conservation is guaranteed.

Процедура функционализации при расконсервации является достаточно простой, поскольку все дополнительные слои из карбинилдиимидазола, кроме первого, ковалентно связанного с поверхностью, не являются жестко связанными с консервируемой поверхностью и слабо взаимодействуют между собой. Для ее осуществления удаляют второй, поверхностный, контактирующий с внешней средой, слой (в случае наличия избыточных слоев - поверхностный слой и все избыточные слои), что производится ввиду слабо связанных между собой молекул достаточно легко, оставляя на поверхности сенсора связанный с ней первый монослой остатков карбонилимидазола (CI), молекулы которого ковалентно связаны с твердотельной поверхностью сенсора. Затем формируют на поверхности селективные биослои и/или осуществляют непосредственную иммобилизацию специфичных зондов.The functionalization procedure during de-preservation is quite simple, since all additional layers of carbonyldiimidazole, except the first one, covalently bonded to the surface, are not rigidly bonded to the surface being preserved and weakly interact with each other. For its implementation, the second surface layer, which is in contact with the external environment, is removed (in the case of excess layers, the surface layer and all excess layers), which is made easily due to loosely coupled molecules, leaving the first monolayer of residues associated with it carbonylimidazole (CI), whose molecules are covalently bonded to the solid state surface of the sensor. Then selective biolayers are formed on the surface and / or specific probes are directly immobilized.

Таким образом, в целях достижения технического результата необходимо, по крайней мере, нанесение двух монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола. Однако, количество монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола, может быть более двух. Ключевую роль играют монослой, связанный посредством ковалентных связей с твердотельной поверхностью, и монослой, контактирующий с окружающей средой. Расположенные между ними монослои являются избыточными, не играют в штатной ситуации в процессе консервации и функционализации активной роли, оставаясь пассивными. Они также легко удаляются при расконсервации, как и монослой, контактирующий с окружающей средой.Thus, in order to achieve a technical result, at least two monolayers formed from carbonyldiimidazole are required. However, the number of monolayers formed from carbonyldiimidazole may be more than two. A key role is played by a monolayer bonded by covalent bonds to a solid surface and a monolayer in contact with the environment. The monolayers located between them are redundant; they do not play in the normal situation during the conservation and functionalization of the active role, while remaining passive. They are also easily removed during reconservation, as is the monolayer in contact with the environment.

Нанесение консервирующего покрытия требует обеспечения возможности контактирования карбонилдиимидазола с твердотельной поверхностью. Выполняют это условие, используя карбонилдиимидазол в органическом растворителе. Консервируемую поверхность приводят в контакт с указанным раствором карбонилдиимидазола, благодаря чему молекулы карбонилдиимидазола вступают в реакцию с полярными группами, которые предварительно формируют на поверхности, в результате приводя к модификации поверхности, формированию ковалентных связей, - осаждению монослоя остатков карбонилимидазола. Далее контакт пролонгируют и осаждают, по крайней мере, один монослой карбонилдиимидазола. При нанесении, по крайней мере, двух монослоев из карбинилдиимидазола - монослоя остатков карбонилимидазола и монослоя карбонилдиимидазола - контактирование прерывают.The application of a preservative coating requires the possibility of contacting carbonyldiimidazole with a solid surface. This condition is fulfilled using carbonyldiimidazole in an organic solvent. The preserved surface is brought into contact with the indicated carbonyldiimidazole solution, due to which the carbonyldiimidazole molecules react with the polar groups that are pre-formed on the surface, resulting in surface modification, the formation of covalent bonds - precipitation of a monolayer of carbonylimidazole residues. Next, the contact is prolonged and at least one monolayer of carbonyldiimidazole is precipitated. When applying at least two monolayers of carbonyldiimidazole - a monolayer of carbonylimidazole residues and a monolayer of carbonyldiimidazole - the contact is interrupted.

Для нанесения консервирующего покрытия приготавливают раствор CDI, используя органический растворитель, в частности, ацетонитрил. Нижний предел концентрации CDI определяется необходимостью осаждения не менее двух монослоев. В отношении верхнего предела концентрации принципиальных ограничений нет.To apply a preservative coating, a CDI solution is prepared using an organic solvent, in particular acetonitrile. The lower limit of CDI concentration is determined by the need to deposit at least two monolayers. There are no fundamental restrictions regarding the upper concentration limit.

В конкретных случаях реализации способа концентрация карбонилдиимидазола разная, был использован диапазон от 2 до 30 мг/мл. Причем в каждом случае с количеством, взятым в избытке. Небольшой избыток берут на случай частичного гидролиза молекул карбонилдиимидазола в растворе до присоединения к твердотельной поверхности.In specific cases of the method, the concentration of carbonyldiimidazole is different, a range of 2 to 30 mg / ml was used. Moreover, in each case, with the amount taken in excess. A small excess is taken in case of partial hydrolysis of the carbonyldiimidazole molecules in solution before joining the solid surface.

Стадию нанесения консервирующего покрытия в составе не менее двух монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола, выполняют после завершения стадии предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации. Осуществляют нанесение путем погружения консервируемой твердотельной поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением двух или более монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола. В раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле указанной концентрации консервируемую поверхность погружают и выдерживают в нем в течение времени от 2 до 24 часов. В течение этого времени при использовании раствора указанной концентрации происходит полная модификация поверхности с получением первого монослоя остатка карбонилдимидазола, связанного с консервируемой поверхностью за счет наличия на ней предварительно полученных полярных групп, и расположенного поверх него второго монослоя карбонилдиимидазола. При другой концентрации возможна выдержка в растворе в течение меньшего времени.The step of applying a preservative coating of at least two monolayers formed from carbonyldiimidazole is performed after the stage of preliminary preparation of the solid surface for conservation. Application is carried out by immersion of a preserved solid-state surface in a solution and holding in it until the surface modification reaction is completed with the precipitation of two or more monolayers formed from carbonyldiimidazole. In a solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile of the indicated concentration, the surface to be preserved is immersed and incubated for 2 to 24 hours. During this time, when using a solution of the indicated concentration, the surface is completely modified to obtain the first monolayer of the carbonyldiimidazole residue associated with the surface being preserved due to the presence of pre-obtained polar groups on it and the second monolayer of carbonyldiimidazole located on top of it. At a different concentration, exposure to the solution is possible for less time.

Кроме погружения в раствор и выдержки в нем возможно осаждение указанного количества монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола, нанесением раствора на консервируемую поверхность покапельно. В этом случае раствор наносят таким образом, чтобы наносимый объем составлял от 1 до 10 мл/см2. Ввиду довольно быстрого высыхания раствора, поскольку для его приготовления используют легко летучий растворитель ацетонитрил, наносимый объем должен быть достаточен, чтобы модификация поверхности (образование монослоя остатка карбонилимидазола, связанного с консервируемой поверхность за счет наличия на ней предварительно полученных полярных групп) и формирование дополнительного, по крайней мере, одного монослоя карбонилдиимидазола были завершены до того, как улетучится растворитель. Указанный наносимый объем раствора при указанной концентрации карбонилдиимидазола удовлетворяет данному условию. Соответственно, при других концентрациях наносимый объем следует брать другим.In addition to immersion in the solution and holding it, it is possible to precipitate the indicated amount of monolayers formed from carbonyldiimidazole by applying the solution dropwise to the surface to be preserved. In this case, the solution is applied so that the applied volume is from 1 to 10 ml / cm 2 . In view of the rather rapid drying of the solution, since it is easy to volatilize with acetonitrile to prepare it, the applied volume should be sufficient to modify the surface (the formation of a monolayer of the carbonylimidazole residue associated with the surface being preserved due to the presence of previously obtained polar groups) and the formation of an additional at least one carbonyldiimidazole monolayer was completed before the solvent evaporated. The indicated applied volume of the solution at the indicated concentration of carbonyldiimidazole satisfies this condition. Accordingly, at other concentrations, the applied volume should be taken by others.

Сушку обработанной твердотельной поверхности осуществляют на воздухе.Drying of the treated solid surface is carried out in air.

Расконсервация твердотельной поверхности производится также с использованием растворителя ацетонитрила. В ходе процедуры расконсервации происходит удаление верхнего защитного, граничащего с окружающей средой, монослоя, избыточных пассивных монослоев, если таковые были нанесены. Монослой молекул карбонилдиимидазола, ковалентно связанных с поверхностью, - монослой остатка карбонилимидазола остается на поверхности за счет более сильной связи, он жестко связан с поверхностью. Посредством его осуществляют функционализацию твердотельного сенсора.Reconservation of the solid surface is also carried out using an acetonitrile solvent. During the re-preservation procedure, the removal of the upper protective, bordering the environment, monolayer, excess passive monolayers, if any, has been removed. A monolayer of carbonyldiimidazole molecules covalently bonded to the surface - the monolayer of the carbonylimidazole residue remains on the surface due to a stronger bond, it is rigidly bonded to the surface. By means of it, the solid-state sensor is functionalized.

Проведена оценка эффективности консервирующего покрытия на основе карбонилдиимидазола для твердотельных сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе. С этой целью выполнены измерения (см. Фиг. 3) зависимости тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) после предварительной подготовки твердотельной поверхности к консервации с использованием азотной плазмы и нанесения консервирующего покрытия. Получена зависимость напряжения плоских зон (Vfb) от времени хранения сенсоров в воздушной среде при отсутствии на их поверхности консервирующего покрытия (светлые символы), при наличии на их поверхности консервирующего покрытия (темные символы) (см. Фиг. 3, вставка). Зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных сразу после нанесения консервирующего покрытия, - 6, зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению 1 часа после нанесения консервирующего покрытия, - 7, зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению суток после нанесения консервирующего покрытия, - 8, зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению недели после нанесения консервирующего покрытия, - 9, зависимость (IDS-VG), полученная в результате измерений, проведенных по истечению двух месяцев после нанесения консервирующего покрытия, - 10 показывают незначительный разброс друг относительно друга, демонстрируют стабильность во времени затворных характеристик на протяжении двух месяцев. Сравнение зависимостей плоских зон показывает стабильность во времени в случае наличия защитного покрытия из карбонилдиимидазола.The effectiveness of a preservative coating based on carbonyldiimidazole for solid-state sensors based on silicon-on-insulator structures was evaluated. To this end, measurements were made (see Fig. 3) of the dependence of the source-drain current on the gate voltage (I DS -V G ) after preliminary preparation of the solid-state surface for conservation using nitrogen plasma and applying a preservative coating. The dependence of the voltage of flat zones (V fb ) on the storage time of the sensors in air in the absence of a preservative coating on their surface (light symbols), if there is a preservative coating on their surface (dark symbols) (see Fig. 3, inset) is obtained. Dependence (I DS -V G ) obtained as a result of measurements carried out immediately after applying a preservative coating, - 6, dependence (I DS -V G ) obtained as a result of measurements taken after 1 hour after applying a preservative coating, - 7 the dependence (I DS -V G ) obtained as a result of measurements taken one day after applying a preservative coating, - 8, the dependence (I DS -V G ) obtained as a result of measurements taken one week after applying a preservative coating, - 9, the relationship (I DS -V G), the floor ennaya resulting measurements made after two months after application of the preservative coating - 10 show little variation with respect to each other, demonstrate the stability characteristics of the shutter time for two months. Comparison of the dependences of flat zones shows the stability over time in the case of the presence of a protective coating of carbonyldiimidazole.

Кроме того, на примере твердотельных сенсоров на основе структур кремний-на-изоляторе и иммобилизации белка BSA, экспериментально, посредством измерения зависимостей тока исток-сток от напряжения затвора (IDS-VG) (зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки твердотельной поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, с нанесением консервирующего покрытия, при отсутствии на поверхности адсорбированных молекул тестового белка BSA - 11, зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, без нанесения консервирующего покрытия, при наличии на поверхности адсорбированных молекул тестового белка BSA - 12, зависимость (IDS-VG), полученная после предварительной подготовки поверхности конструктивных элементов к консервации с использованием аргоновой плазмы, с нанесением консервирующего покрытия, при наличии на поверхности адсорбированных молекул тестового белка BSA - 13) (см. Фиг. 4), показана принципиальная возможность использования сенсоров по целевому назначению после удаления защитного слоя CDI (монослоя, контактирующего с внешней средой, возможно, и избыточных монослоев карбонилдиимидазола) консервирующего покрытия и одновременного формирования реакционноспособных групп (остатки карбонилимидазола) на поверхности твердотельного сенсора, что иллюстрируется расположением кривых на графике.In addition, on the example of solid-state sensors based on silicon-on-insulator structures and BSA protein immobilization, experimentally, by measuring the source-drain current versus gate voltage (I DS -V G ) (dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the solid-state surface of structural elements for conservation using argon plasma, with the application of a preservative coating, in the absence of BSA-11 test protein molecules on the surface, the dependence (I DS -V G ) obtained after the preliminary thorough preparation of the surface of structural elements for conservation using argon plasma, without applying a preservative coating, if BSA-12 test protein is present on the surface of adsorbed molecules, the dependence (I DS -V G ) obtained after preliminary preparation of the surface of structural elements for conservation using argon plasma, with the application of a preservative coating, in the presence of adsorbed molecules of the BSA-13 test protein on the surface) (see FIG. 4), it is shown that it is possible in principle to use the sensors for the intended purpose after removing the protective layer of CDI (a monolayer in contact with the external environment, possibly excessive monolayers of carbonyldiimidazole) of the preservative coating and the simultaneous formation of reactive groups (carbonylimidazole residues) on the surface of the solid-state sensor, as illustrated by the location curves on the graph.

В качестве сведений, подтверждающих возможность реализации способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of a technical result, we give the following examples.

Пример 1.Example 1

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных групп, осуществляют жидкостной обработкой. Обрабатывают сначала в растворе NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5 продолжительностью 30 сек. при температуре около 300 К, а затем - в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью 10 сек. После обработки проводят промывку в деионизованной воде, затем - сушку в инертном газе, в частности в азоте, выдерживая до полного высыхания и более (продувка струей очищенного сжатого азота до полного высыхания). Температура на протяжении всего цикла очистки, комнатная, около 300 К. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, is carried out by liquid treatment. Processed first in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5 lasting 30 seconds. at a temperature of about 300 K, and then in a solution of HF: H 2 O = 1: 100 for 10 seconds. After treatment, washing is carried out in deionized water, then drying in an inert gas, in particular in nitrogen, withstanding until complete drying and more (purging with a stream of purified compressed nitrogen until complete drying). The temperature throughout the cleaning cycle, room temperature, is about 300 K. Performing the cleaning process, the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating is provided.

По окончанию выдержки в атмосфере азота, твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 30 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия путем погружения консервируемой поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями. Выдержку до завершения реакции модификации поверхности с осаждением указанных монослоев из карбонилдиимидазола осуществляют в течение 2 часов. Температура при реализации стадии консервации - комнатная, около 300 К.At the end of exposure in a nitrogen atmosphere, the solid-state surface is removed into the air and begin to apply a preservative coating. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 30 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by immersing the surface to be preserved in the solution and holding it until the surface modification reaction is completed with the monolayer of carbonylimidazole residues covalently bonded to the surface being precipitated and the carbonyl diimidazole monolayer is in contact with the external environment - the protective monolayer, as well as excess monolayers of carbonyldiimidazole located between these monolayers. Exposure to the completion of the surface modification reaction with the deposition of these monolayers from carbonyldiimidazole is carried out for 2 hours. The temperature during the implementation of the conservation stage is room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности ее извлекают из раствора. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it is removed from the solution. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 2.Example 2

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных групп, осуществляют жидкостной обработкой. Обрабатывают сначала в растворе NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5 продолжительностью 120 сек. при температуре около 300 К, а затем - в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью 30 сек. После обработки проводят промывку в деионизованной воде, затем - сушку в инертном газе, в частности в азоте, выдерживая до полного высыхания и более (продувка струей очищенного сжатого азота до полного высыхания). Температура на протяжении всего цикла очистки, комнатная, около 300 К. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, is carried out by liquid treatment. Processed first in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5 lasting 120 seconds. at a temperature of about 300 K, and then in a HF: H 2 O = 1: 100 solution for 30 seconds. After treatment, washing is carried out in deionized water, then drying in an inert gas, in particular in nitrogen, withstanding until complete drying and more (purging with a stream of purified compressed nitrogen until complete drying). The temperature throughout the cleaning cycle, room temperature, is about 300 K. Performing the cleaning process, the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating is provided.

По окончанию выдержки в атмосфере азота, твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 2 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия путем погружения консервируемой поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением монослоя из карбонилдиимидазола, ковалентно связанного с поверхностью, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями. Выдержку до завершения реакции модификации поверхности с осаждением указанных монослоев из карбонилдиимидазола осуществляют в течение 24 часов. Температура при реализации стадии консервации - комнатная, около 300 К.At the end of exposure in a nitrogen atmosphere, the solid-state surface is removed into the air and begin to apply a preservative coating. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 2 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by immersing the surface to be preserved in the solution and holding it until the surface modification reaction is completed with the monolayer of carbonyldiimidazole covalently bonding to the surface and the monolayer of carbonyldiimidazole in contact with the external environment, a protective monolayer, as well as excess monolayers of carbonyldiimidazole located between these monolayers . Exposure to the completion of the surface modification reaction with the deposition of these monolayers from carbonyldiimidazole is carried out for 24 hours. The temperature during the implementation of the conservation stage is room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности ее извлекают из раствора. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it is removed from the solution. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 3.Example 3

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных групп, осуществляют жидкостной обработкой. Обрабатывают сначала в растворе NH4OH:H2O2:H2O=0,05:1:5 продолжительностью 60 сек. при температуре около 300 К, а затем - в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью 20 сек. После обработки проводят промывку в деионизованной воде, затем - сушку в инертном газе, в частности в азоте, выдерживая в атмосфере азота до полного высыхания и более (продувка струей очищенного сжатого азота до полного высыхания). Температура на протяжении всего цикла очистки, комнатная, около 300 К. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, is carried out by liquid treatment. Processed first in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05: 1: 5 lasting 60 seconds. at a temperature of about 300 K, and then in a HF: H 2 O = 1: 100 solution lasting 20 seconds. After treatment, washing is carried out in deionized water, then drying in an inert gas, in particular nitrogen, keeping in a nitrogen atmosphere until complete drying and more (blowing a stream of purified compressed nitrogen to complete drying). The temperature throughout the cleaning cycle, room temperature, is about 300 K. Performing the cleaning process, the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating is provided.

По окончанию выдерживания в атмосфере азота, твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 10 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия путем погружения консервируемой поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями. Выдержку до завершения реакции модификации поверхности с осаждением указанных монослоев, сформированных из карбонилдиимидазола, осуществляют в течение 8 часов. Температура при реализации стадии консервации - комнатная, около 300 К.At the end of aging in a nitrogen atmosphere, the solid surface is removed into the air and the application of a preservative coating is started. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile with a concentration of 10 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by immersing the surface to be preserved in the solution and holding it until the surface modification reaction is completed with the monolayer of carbonylimidazole residues covalently bonded to the surface being precipitated and the carbonyl diimidazole monolayer is in contact with the external environment - the protective monolayer, as well as excess monolayers of carbonyldiimidazole located between these monolayers. Exposure to the completion of the surface modification reaction with the deposition of these monolayers formed from carbonyldiimidazole is carried out for 8 hours. The temperature during the implementation of the conservation stage is room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности ее извлекают из раствора. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it is removed from the solution. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 4.Example 4

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных связей, осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа, в частности, азота продолжительностью 2 минуты. Плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 10 В, длительность 2 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст. В качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar bonds on the surface, is carried out by dry treatment using a low-energy inert gas plasma, in particular nitrogen, lasting 2 minutes. Plasma is obtained at a high-frequency induction discharge, with the following parameters: the frequency of the plasma generators is 13.56 MHz, the power deposited in the plasma is 100 W, the auto-bias is 10 V, the duration is 2 minutes, and the working pressure is 1 mm Hg. As the generator, a capacitive type generator is used with the ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1. Performing cleaning, ensure the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating.

По окончанию очистки твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 2 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно. Берут наносимый объем, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями, равным 10 мл/см2. Процедуру проводят на воздухе при комнатной температуре, около 300 К.At the end of the cleaning, the solid-state surface is removed into the air and the application of a preservative coating is started. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 2 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by applying the solution dropwise to the surface to be preserved. Take damage volume, preventing volatilization acetonitrile to surface modification completion of the reaction the precipitation is covalently bound to the surface of the monolayer residues carbonylimidazole, and in contact with the exterior monolayer carbonyldiimidazole - protective monolayer and excess monolayers carbonyldiimidazole disposed between said monolayers of 10 ml / cm 2 . The procedure is carried out in air at room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности она высыхает. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it dries. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 5.Example 5

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных связей, осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа, в частности, аргона, продолжительностью 1 минута. Плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 4 В, длительность 1 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст. В качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar bonds on the surface, is carried out by dry treatment using a low-energy plasma of an inert gas, in particular argon, lasting 1 minute. Plasma is obtained at a high-frequency induction discharge, with the following parameters: frequency of plasma generators - 13.56 MHz, power deposited in the plasma - 100 W, auto-bias - 4 V, duration 1 min, working pressure - 1 mm Hg As the generator, a capacitive type generator is used with the ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1. Performing cleaning, ensure the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating.

По окончанию очистки твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 2 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно. Берут наносимый объем, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями, равным 1 мл/см2. Процедуру проводят на воздухе при комнатной температуре, около 300 К.At the end of the cleaning, the solid-state surface is removed into the air and the application of a preservative coating is started. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 2 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by applying the solution dropwise to the surface to be preserved. Take damage volume, preventing volatilization acetonitrile to surface modification completion of the reaction the precipitation is covalently bound to the surface of the monolayer residues carbonylimidazole, and in contact with the exterior monolayer carbonyldiimidazole - protective monolayer and excess monolayers carbonyldiimidazole disposed between said monolayers of 1 ml / cm 2 . The procedure is carried out in air at room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности она высыхает. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it dries. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 6.Example 6

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика, в частности, сенсора на основе структуры кремний-на-изоляторе включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric, in particular, a sensor based on a silicon-on-insulator structure, includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных связей, осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа, в частности, аргона продолжительностью 5 минут. Плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 5 В, длительность 5 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст. В качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar bonds on the surface, is carried out by dry treatment using a low-energy inert gas plasma, in particular, argon lasting 5 minutes. Plasma is obtained at a high-frequency induction discharge, with the following parameters: the frequency of plasma generators is 13.56 MHz, the power deposited in the plasma is 100 W, the self-bias is 5 V, the duration is 5 minutes, and the working pressure is 1 mm Hg. As the generator, a capacitive type generator is used with the ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1. Performing cleaning, ensure the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating.

По окончанию очистки твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 5 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно. Берут наносимый объем, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев, расположенных между указанными слоями, равным 8 мл/см2. Процедуру проводят на воздухе при комнатной температуре, около 300 К.At the end of the cleaning, the solid-state surface is removed into the air and the application of a preservative coating is started. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 5 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by applying the solution dropwise to the surface to be preserved. An applied volume is taken to prevent acetonitrile from escaping until the surface modification reaction is completed by precipitation of a monolayer of carbonylimidazole residues covalently bonded to the surface and a carbonyl diimidazole monolayer in contact with the external environment - a protective monolayer, as well as excess monolayers located between these layers of 8 ml / cm 2 . The procedure is carried out in air at room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности она высыхает. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, сенсора до момента его востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it dries. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, the sensor until it is claimed in work.

Пример 7.Example 7

Проведение консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов из полупроводника и диэлектрика приборной структуры транзисторного типа или с различного типа наноструктурированной поверхностью включает следующие действия.The conservation of the solid-state surface of structural elements from a semiconductor and a dielectric of the instrument structure of a transistor type or with a different type of nanostructured surface includes the following steps.

При осуществлении консервации поверхности сначала проводят стадию предварительной подготовки поверхности к консервации. Затем осуществляют стадию нанесения консервирующего покрытия. При этом стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп. Нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее, по крайней мере, два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбиниимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.When carrying out surface conservation, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is first carried out. Then carry out the stage of applying a preservative coating. In this case, the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface. The preservative coating is applied to the surface using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance — a monolayer of carbiniimidazole residues resulting from the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole.

Неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных связей, осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа, в частности, азота продолжительностью 2 минуты. Плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы - 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму - 100 Вт, автосмещение - 10 В, длительность 2 мин, рабочее давление - 1 мм рт.ст. В качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1. Выполняя очистку, обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.Non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar bonds on the surface, is carried out by dry treatment using a low-energy inert gas plasma, in particular nitrogen, lasting 2 minutes. Plasma is obtained at a high-frequency induction discharge, with the following parameters: the frequency of the plasma generators is 13.56 MHz, the power deposited in the plasma is 100 W, the auto-bias is 10 V, the duration is 2 minutes, and the working pressure is 1 mm Hg. As the generator, a capacitive type generator is used with the ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1. Performing cleaning, ensure the presence of polar groups on the solid surface formed at the time of coating.

По окончанию очистки твердотельную поверхность извлекают на воздух и приступают к нанесению консервирующего покрытия. Предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией 2 мг/мл. Осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно. Берут наносимый объем, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола, и контактирующего с внешней средой монослоя карбонилдиимидазола - защитного монослоя, а также избыточных монослоев карбонилдиимидазола, расположенных между указанными монослоями, равным 10 мл/см2. Процедуру проводят на воздухе при комнатной температуре, около 300 К.At the end of the cleaning, the solid-state surface is removed into the air and the application of a preservative coating is started. A solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile at a concentration of 2 mg / ml is preliminarily prepared. Coating is carried out by applying the solution dropwise to the surface to be preserved. Take damage volume, preventing volatilization acetonitrile to surface modification completion of the reaction the precipitation is covalently bound to the surface of the monolayer residues carbonylimidazole, and in contact with the exterior monolayer carbonyldiimidazole - protective monolayer and excess monolayers carbonyldiimidazole disposed between said monolayers of 10 ml / cm 2 . The procedure is carried out in air at room temperature, about 300 K.

После окончания процедуры консервации твердотельной поверхности она высыхает. Консервация обеспечивает надежное хранение в обычной окружающей среде, на воздухе, без применения каких-либо спецсредств, приборной структуры до момента ее востребования в работе.After the conservation of the solid-state surface, it dries. Preservation provides reliable storage in a normal environment, in the air, without the use of any special means, of the instrument structure until it is needed for operation.

Консервирующее твердотельную поверхность покрытие содержит монослой, расположенный на поверхности, и, по крайней мере, дополнительный один монослой между внешней средой и монослоем, расположенным на поверхности. Монослои покрытия сформированы из карбонилдиимидазола. В покрытии монослой, расположенный на поверхности, являющийся монослоем остатков карбинилимидазола, жестко связан с поверхностью. Указанный монослой предназначен для осуществления функционализации твердотельной поверхности. Дополнительный монослой, граничащий с внешней средой, - монослой карбонилдиимидазола предназначен для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды и в целях функционализации выполнен легкоудаляемым.The surface-preserving solid-state coating comprises a monolayer located on the surface and at least an additional single monolayer between the external environment and the monolayer located on the surface. Monolayers of the coating are formed from carbonyldiimidazole. In the coating, a monolayer located on the surface, which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is rigidly bonded to the surface. The specified monolayer is intended for the implementation of the functionalization of the solid surface. An additional monolayer bordering the external environment, a monolayer of carbonyldiimidazole, is intended to protect the solid-state surface from environmental influences and is made to be easily removable for functionalization.

Реализация жесткой связи монослоя, расположенного на поверхности, являющегося монослоем остатков карбинилимидазола, обеспечена тем, что монослой ковалентно связан с ней в результате взаимодействия карбонилдиимидазола с полярными группами, присутствующими на твердотельной поверхности.The implementation of the tight bond of the monolayer located on the surface, which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is ensured by the fact that the monolayer is covalently bonded to it as a result of the interaction of carbonyldiimidazole with polar groups present on the solid surface.

Дополнительно выполненный монослой, граничащий с внешней средой, предназначенный для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды, в целях функционализации выполнен легкоудаляемым в органическом растворителе, используемом при расконсервации твердотельной поверхности, - ацетонитриле. Он не является жестко связанным с консервируемой поверхностью и слабо взаимодействует с монослоем, расположенным на твердотельной поверхности.An additionally made monolayer, bordering the external environment, designed to protect the solid-state surface from environmental influences, for functionalization, is made easily removable in the organic solvent used in the re-preservation of the solid-state surface - acetonitrile. It is not rigidly bound to the surface being preserved and weakly interacts with a monolayer located on a solid surface.

Кроме указанных монослоев, являющихся активными, выполняющими предназначенные им функции, в консервирующем покрытии могут присутствовать пассивные монослои, которые расположены между указанными активными монослоями. Они являются легкоудаляемыми слоями. Все дополнительные слои из карбинилдиимидазола, кроме первого монослоя, ковалентно связанного с поверхностью, - монослоя остатков карбинилимидазола - не являются жестко связанными с консервируемой поверхностью (твердотельной поверхностью) и слабо взаимодействуют между собой. При расконсервации пассивные слои удаляются вместе со слоем, выполняющим защитную функцию.In addition to these monolayers, which are active and perform their intended functions, passive monolayers that are located between these active monolayers may be present in the preservation coating. They are easily removable layers. All additional layers of carbonyldiimidazole, except for the first monolayer covalently bonded to the surface — the monolayer of carbinylimidazole residues — are not rigidly bonded to the conserved surface (solid surface) and weakly interact with each other. During de-preservation, the passive layers are removed along with the layer that performs the protective function.

Консервирующее твердотельную поверхность покрытие используют следующим образом.Conserving a solid surface coating is used as follows.

Вышеизложенным способом консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов приборной структуры (в частности, транзисторного типа или наноструктурированных поверхностей) с конструктивными элементами на основе полупроводника, диэлектрика и металла обеспечивают нанесение консервирующего покрытия на период времени между завершением конструктивного изготовления приборной структуры и началом процедуры электрической характеризации. Посредством покрытия, получаемого при осуществлении способа, содержащего, по крайней мере, два монослоя, сформированных из карбонилдиимидазола, в течение указанного периода времени сохраняют требуемое состояние твердотельной поверхности приборной структуры при хранении ее на воздухе без использования инертной среды при комнатной (около 300 К) температуре.The method of conservation of the solid-state surface of the structural elements of the instrument structure (in particular, the transistor type or nanostructured surfaces) with structural elements based on a semiconductor, dielectric and metal provides the application of a preservative coating for the period between the completion of the structural manufacturing of the instrument structure and the beginning of the electrical characterization procedure. Through the coating obtained by implementing the method, containing at least two monolayers formed from carbonyldiimidazole, the required state of the solid-state surface of the instrument structure is maintained for a specified period of time when stored in air without using an inert medium at room (about 300 K) temperature .

Это позволяет обеспечить идентичные условия на поверхности при электрической характеризации структур в разные моменты времени и/или при сравнительной характеризации различных приборных структур. Электрическая характеризация может быть осуществлена при расконсервации или при наличии консервирующего покрытия. В частности, как следует из значений напряжения плоских зон (см. Фиг. 3), консервирующее покрытие обеспечивает эффективный заряд, не превышающий 2,5×1011 см-2.This makes it possible to ensure identical conditions on the surface during the electrical characterization of structures at different times and / or during the comparative characterization of various instrument structures. Electrical characterization can be carried out with re-preservation or with a preservative coating. In particular, as follows from the voltage values of the flat zones (see Fig. 3), the preservative coating provides an effective charge not exceeding 2.5 × 10 11 cm -2 .

Вышеизложенным способом консервации твердотельной поверхности конструктивных элементов, в частности, сенсора обеспечивают нанесение консервирующего покрытия на период времени между завершением конструктивного изготовления сенсора и подготовкой его непосредственно к работе, включающей формирование на поверхности твердотельного сенсора селективного биослоя и/или иммобилизации молекул специфичных зондов. Посредством покрытия, получаемого при осуществлении способа, содержащего, по крайней мере, два монослоя, сформированных из карбонилдиимидазола, в течение указанного периода времени сохраняют требуемое состояние твердотельной поверхности, в частности сенсора, при хранении его на воздухе без использования инертной среды при комнатной (около 300 К) температуре и устраняют необходимость каких-либо дополнительных процедур обработки для иммобилизации любых видов биологических и химических молекул, содержащих первичную аминогруппу. При востребованности сенсора для работы проводят его расконсервацию с одновременной функционализацией. Монослой карбонилдиимидазола, граничащий с внешней средой, предназначенный для зашиты твердотельной поверхности от воздействия среды, удаляют в органическом растворителе - ацетонитриле (вместе с ним удаляются пассивные монослои). Поскольку молекулы карбонилдиимидазола слабо связаны между собой эта операция легко выполнима. Монослой в покрытии, расположенный на поверхности, жестко связанный с ней, остается на поверхности и способен к образованию ковалентной связи с аминосодержащими биомолекулами, выступающими в качестве специфичных зондов.The above-described method of preserving the solid-state surface of structural elements, in particular, the sensor provides the application of a preservative coating for the period between the completion of the structural manufacturing of the sensor and its preparation directly for work, including the formation of a selective biolayer on the surface of the solid-state sensor and / or immobilization of molecules of specific probes. Through the coating obtained by implementing the method, containing at least two monolayers formed from carbonyldiimidazole, the required state of the solid surface, in particular the sensor, is maintained for a specified period of time when stored in air without using an inert atmosphere at room temperature (about 300 K) temperature and eliminate the need for any additional processing procedures to immobilize any kind of biological and chemical molecules containing a primary amino group. When the sensor is in demand for operation, it is re-mothballed with simultaneous functionalization. A monolayer of carbonyldiimidazole, bordering the external environment, designed to protect the solid-state surface from environmental influences, is removed in an organic solvent, acetonitrile (passive monolayers are removed with it). Since carbonyldiimidazole molecules are loosely coupled, this operation is easy to do. A monolayer in the coating, located on the surface, rigidly bonded to it, remains on the surface and is capable of forming covalent bonds with amino-containing biomolecules acting as specific probes.

Claims (9)

1. Способ консервации твердотельной поверхности, заключающийся в том, что проводят последовательно стадию предварительной подготовки поверхности к консервации и стадию нанесения консервирующего покрытия, отличающийся тем, что стадию предварительной подготовки поверхности к консервации осуществляют неповреждающей очисткой твердотельной поверхности, приводящей к формированию на поверхности полярных групп, а нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее по крайней мере два монослоя, сформированных из указанного вещества - монослоя остатков карбонилимидазола, получаемого в результате реакции с полярными группами, и монослоя карбонилдиимидазола.1. The method of preservation of the solid-state surface, which consists in the fact that carry out sequentially the stage of preliminary preparation of the surface for conservation and the stage of applying a preservative coating, characterized in that the stage of preliminary preparation of the surface for conservation is carried out by non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, and applying a preservative coating to the surface is carried out using carbonyldiimidazole in an organic solution body, ensuring its contact with the surface and forming a coating comprising at least two monolayers formed from said material - monolayer carbonylimidazole residues obtained in the reaction with polar groups and a monolayer carbonyldiimidazole. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что неповреждающую очистку твердотельной поверхности, приводящую к формированию на поверхности полярных групп, осуществляют жидкостной обработкой, обрабатывая поверхность сначала в растворе NH4OH:Н2О22О=0,05:1:5 продолжительностью от 30 до 120 с, включая указанные значения, при температуре около 300 К, а затем в растворе HF:H2O=1:100 продолжительностью от 10 до 30 с, включая указанные значения, обработку сопровождают промывкой в деионизованной воде и сушкой с продувкой струей очищенного инертного газа или осуществляют сухой обработкой с использованием низкоэнергетичной плазмы инертного газа азота или аргона продолжительностью от 1 до 2 минут, плазму получают при высокочастотном индукционном разряде, при параметрах: частота генераторов плазмы 13,56 МГц, мощность, вкладываемая в плазму, 100 Вт, автосмещение 4÷10 В, длительность 1÷5 мин, рабочее давление 1 мм рт.ст., в качестве генератора используют генератор емкостного типа с соотношением площадей ВЧ электрода и заземленного электрода, определяющим мощность на подложкодержателе, равным 1:1, в результате очистки обеспечивают наличие полярных групп на твердотельной поверхности, сформированных к моменту нанесения покрытия.2. The method according to p. 1, characterized in that the non-damaging cleaning of the solid-state surface, leading to the formation of polar groups on the surface, is carried out by liquid treatment, treating the surface first in a solution of NH 4 OH: H 2 O 2 : H 2 O = 0.05 : 1: 5 lasting from 30 to 120 s, including the indicated values, at a temperature of about 300 K, and then in a HF: H 2 O solution = 1: 100 lasting from 10 to 30 s, including the indicated values, the treatment is followed by washing in deionized water and drying with a stream of purified inert gas or by dry by using a low-energy plasma of an inert gas of nitrogen or argon lasting from 1 to 2 minutes, the plasma is obtained with a high-frequency induction discharge, with the following parameters: frequency of plasma generators 13.56 MHz, power deposited in the plasma, 100 W, autodisplacement 4 ÷ 10 B, duration 1 ÷ 5 min, operating pressure 1 mm Hg, a capacitive type generator with a ratio of the areas of the RF electrode and the grounded electrode, which determines the power on the substrate holder, equal to 1: 1, as a result of ki ensure the presence of polar groups on the solid surface, formed at time of coating. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее по крайней мере два монослоя, сформированных из указанного вещества, тем, что предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией от 2 до 30 мг/мл, после чего осуществляют нанесение покрытия путем погружения консервируемой твердотельной поверхности в раствор и выдержки в нем до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола.3. The method according to p. 1, characterized in that the application of the preservative coating on the surface is carried out using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance, so that previously prepare a solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile with a concentration of 2 to 30 mg / ml, and then apply the coating by immersing the preserved solid surface in the solution and rzhki therein to complete the surface modification reaction with precipitating covalently bound to the surface of the monolayer residues carbonylimidazole and either one monolayer carbonyldiimidazole or more monolayers carbonyldiimidazole. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что выдержку до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверохностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола осуществляют в течение времени от 2 до 24 часов.4. The method according to p. 3, characterized in that the exposure until the completion of the surface modification reaction with the deposition of a covalently linked surface monolayer of carbonylimidazole residues and either one monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole is carried out for a period of time from 2 to 24 hours. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нанесение консервирующего покрытия на поверхность осуществляют с использованием карбонилдиимидазола в органическом растворителе, обеспечивая его контакт с поверхностью и формируя покрытие, содержащее по крайней мере два монослоя, сформированных из указанного вещества, тем, что предварительно подготавливают раствор карбонилдиимидазола в ацетонитриле концентрацией от 2 до 30 мг/мл, после чего осуществляют нанесение покрытия, нанося раствор на консервируемую поверхность покапельно, с наносимым объемом, препятствующим улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола.5. The method according to p. 1, characterized in that the application of the preservative coating on the surface is carried out using carbonyldiimidazole in an organic solvent, ensuring its contact with the surface and forming a coating containing at least two monolayers formed from the specified substance, so that previously prepare a solution of carbonyldiimidazole in acetonitrile with a concentration of from 2 to 30 mg / ml, and then carry out the coating, applying the solution to the surface to be preserved dropwise, with the applied volume ohm preventing volatilization acetonitrile to complete the surface modification reaction with precipitating covalently bound to the surface of the monolayer residues carbonylimidazole and either one monolayer carbonyldiimidazole or more monolayers carbonyldiimidazole. 6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что наносимый объем, препятствующий улетучиванию ацетонитрила до завершения реакции модификации поверхности с осаждением ковалентно связанного с поверхностью монослоя остатков карбонилимидазола и либо одного монослоя карбонилдиимидазола, либо более монослоев карбонилдиимидазола, берут от 1 до 10 мл/см2.6. The method according to p. 5, characterized in that the applied volume, preventing the volatilization of acetonitrile until the completion of the surface modification reaction with the precipitation of a monolayer of carbonylimidazole residues and either one monolayer of carbonyldiimidazole or more monolayers of carbonyldiimidazole, is taken from 1 to 10 ml / cm 2 . 7. Консервирующее твердотельную поверхность покрытие, содержащее монослой, расположенный на поверхности, отличающееся тем, что в покрытии дополнительно выполнен по крайней мере один монослой между внешней средой и монослоем, расположенным на поверхности, монослои покрытия сформированы из карбонилдиимидазола, при этом монослой, расположенный на поверхности, являющийся монослоем остатков карбинилимидазола, жестко связан с ней и предназначен для осуществления функционализации твердотельной поверхности, а дополнительно выполненный монослой, граничащий с внешней средой, предназначен для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды и в целях функционализации легкоудаляем.7. A surface-preserving solid-state coating containing a monolayer located on the surface, characterized in that at least one monolayer is made in the coating between the external environment and the monolayer located on the surface, the monolayers of the coating are formed of carbonyldiimidazole, and the monolayer located on the surface , which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is rigidly bonded to it and is designed to implement the functionalization of the solid-state surface, and additionally made mon The donkey, bordering the external environment, is designed to protect the solid-state surface from environmental influences and is easily removable for functionalization. 8. Покрытие по п. 7, отличающееся тем, что жестко связанный монослой, расположенный на поверхности, являющийся монослоем остатков карбинилимидазола, ковалентно связан с ней в результате взаимодействия карбонилдиимидазола с полярными группами на твердотельной поверхности.8. The coating according to claim 7, characterized in that the rigidly bonded monolayer located on the surface, which is a monolayer of carbinylimidazole residues, is covalently bonded to it as a result of the interaction of carbonyldiimidazole with polar groups on a solid surface. 9. Покрытие по п. 7, отличающееся тем, что дополнительно выполненный монослой, граничащий с внешней средой, предназначен для защиты твердотельной поверхности от воздействия среды и в целях функционализации легкоудаляем в органическом растворителе, используемом при расконсервации твердотельной поверхности, - ацетонитриле. 9. The coating according to claim 7, characterized in that the additionally made monolayer bordering the external environment is intended to protect the solid-state surface from the effects of the environment and, for functionalization, is readily removable in the organic solvent used in the conservation of the solid-state surface, acetonitrile.
RU2015129179/04A 2015-07-16 2015-07-16 Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface RU2601745C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129179/04A RU2601745C1 (en) 2015-07-16 2015-07-16 Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129179/04A RU2601745C1 (en) 2015-07-16 2015-07-16 Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2601745C1 true RU2601745C1 (en) 2016-11-10

Family

ID=57278138

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015129179/04A RU2601745C1 (en) 2015-07-16 2015-07-16 Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2601745C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756306B2 (en) * 2002-07-31 2004-06-29 Advanced Micro Devices, Inc. Low temperature dielectric deposition to improve copper electromigration performance
RU2341848C1 (en) * 2007-06-07 2008-12-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Electrical semiconductor surface passivation method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6756306B2 (en) * 2002-07-31 2004-06-29 Advanced Micro Devices, Inc. Low temperature dielectric deposition to improve copper electromigration performance
RU2341848C1 (en) * 2007-06-07 2008-12-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Electrical semiconductor surface passivation method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Антонова И.В., Соотс Р.А., Селезнев В.А., Принц В.Я. Электрическая пассивация поверхности кремния органическими монослоями 1-октадецена. Физика и техника полупроводников, 2007, т.41, вып.8, с.1010-1016. Naumova O.V., Fomin B.I., Malyarenko N.F., Popov V.P. Modification and Characterization of the Surface of SOI Nanowire Sensors. Journal of Nano Research, 2012, vol.18-19, pp.139-147. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2581268B2 (en) Semiconductor substrate processing method
Seitz et al. Control and stability of self-assembled monolayers under biosensing conditions
KR101453135B1 (en) Nitrogen-plasma surface treatment in a direct bonding method
Hattori et al. Contamination Removal by Single‐Wafer Spin Cleaning with Repetitive Use of Ozonized Water and Dilute HF
JP4973133B2 (en) Epitaxial layer pretreatment method, epitaxial layer evaluation method, and epitaxial layer evaluation apparatus
KR102592368B1 (en) Surface treatment of semiconductor sensors
RU2601745C1 (en) Method of preserving solid-state surface and coating preserving solid-state surface
JP2001009394A (en) Wet cleaning method for silicon carbide sintered compact
JP3535820B2 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP2984348B2 (en) Semiconductor wafer processing method
JP4549726B2 (en) Surface treatment before bonding of semiconductor wafers
JP4188473B2 (en) Wet cleaning method for sintered silicon carbide
US20040069321A1 (en) Method and a device for producing an adhesive surface on a substrate
JP2541237B2 (en) Semiconductor substrate cleaning method
CN114858889A (en) Method for manufacturing and pre-functionalizing treatment of IDE interdigital electrode
JPH0719764B2 (en) Surface cleaning method
JP6127520B2 (en) Biochip substrate and method for manufacturing the same
JP2004510573A (en) Electronic device cleaning method
JPH02137313A (en) Method for forming pattern on silicon solid surface
JPH08264399A (en) Preservation of semiconductor substrate and manufacture of semiconductor device
JP2001053042A (en) Method of preventing organic contamination of substrate for electronic device from environmental atmosphere and substrate for electronic device subjected to prevention treatment
JPH056884A (en) Cleaning method for silicon wafer
US20070273397A1 (en) Apparatus for Evaluating Semiconductor Wafer
JPH067591B2 (en) Method of implanting organic molecules on silicon solid surface
Selvarathinam et al. Advanced Nano Packaging for Silicon Nanowire Sensors