Tillväxt av Gold dendritic Nanoforests på Titan nitrid-belagda kisel substrat
Summary
Denna studie presenterar ett genomförbart förfarande för att syntetisera guld dendritiska nanoforests på Titan nitrid/kisel substrat. Tjock leken av guld dendritiska nanoforests ökar linjärt inom 15 min av en syntes reaktion.
Abstract
I denna studie, en hög effekt impuls magnet Ron sputtring system används för att belägga en platt och fast Titan nitrid (TiN) film på kisel (SI) wafers, och en fluorid-Assisted galvanisk ersättnings reaktion (FAGRR) används för snabb och enkel deposition av guld dendritiska nanoforester (AU DNFs) på TiN/si-substrat. Scanning elektronmikroskopi (SEM) bilder och energidispersiva röntgen spektroskopi mönster av TiN/si och au DNFs/TiN/si prover validera att syntesen processen är noggrant kontrollerad. Under reaktions förhållanden i denna studie, tjock leken på Au DNFs ökar linjärt till 5,10 ± 0,20 μm inom 15 min av reaktionen. Därför är den sysselsatta syntes förfarandet en enkel och snabb metod för att förbereda au DNFs/TiN/si kompositer.
Introduction
Guldnanopartiklar har karakteristiska optiska egenskaper och lokaliserad ytplasmon resonanser (lsprs), beroende på storleken och formen på nanopartiklarna1,2,3,4. Dessutom kan Guldnanopartiklar avsevärt förbättra plasmoniska foto katalytiska reaktioner5. Dendritic nanoforests staplade med hjälp av Guldnanopartiklar har fått stor uppmärksamhet på grund av deras anmärknings värda specifika yta och robust lspr förbättring6,7,8,9 ,10,11,12,13.
Tenn är ett extremt hårt keramiskt material och har en anmärknings värd termisk, kemisk och mekanisk stabilitet. Tin har distinkta optiska egenskaper och kan användas för plasmoniska tillämpningar med synligt till nära infrarött ljus14,15. Forskning har visat att Tin kan producera elektro magnetiska fält förbättringar, liknande au nanostrukturer16. Deposition av koppar17 eller silver18,19,20 på tennsubstrat för applikationer har påvisats. Emellertid, några studier har utförts på Au/TiN komposit material för applikationer. Shiao et al. har nyligen visat potentiella tillämpningar av au DNFs/TiN kompositer för fotoelektrokemiska celler21 och kemisk nedbrytning22.
Au kan syntetiseras på ett TiN-substrat med hjälp av en FAGRR23. Deponerings tillstånd för au DNFs på tenn är avgörande för utförandet av ansökningarna. I denna studie unders öks tillväxten av au DNFs på ett TiN-belagt si-substrat.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie, au DNFs med flera gren storlekar var dekorerade på ytan av TiN/si med hjälp av FAGRR. Nedfallet av au DNFs kan direkt identifieras genom en betydande förändring i färg. Tjock leken på Au DNFs på TiN/si ökade till 5,10 ± 0,20 μm inom 15 min, och denna ökning av tjocklek kan uttryckas med hjälp av följande linjära ekvation: y = 0,296t + 0,649, där tiden varierade från 1 till 15 min.
I FAGRR påverkas metall nedfallet av lösningens sammansättnin…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av ministeriet för vetenskap och teknik, Taiwan, under kontrakts nummer mest 105-2221-E-492-003-MY2 och de flesta 107-2622-E-239-002-CC3.
Materials
| Acetone | Dinhaw Enterprise Co. Ltd.,Taipei, Taiwan | ||
| Isopropanol | Echo Chemical Co. Ltd., Miaoli, Taiwan | TG-078-000000-75NL | |
| Buffered Oxide Etch | Uni-onward Corp., Hsinchu, Taiwan | UR-BOE-1EA | |
| Chloroauric Acid | Alfa Aesar., Heysham, United Kingdom | 36400.03 | |
| N-Type Silicon Wafer | Summit-Tech Company, Hsinchu, Taiwan | ||
| High-Power Impulse Magnetron Sputtering System (HiPIMS) | Melec GmbH, Germany | SPIK2000A | |
| Scanning Electron Microscope (SEM) | JEOL, Japan | JSM-7800F | |
| Ion Sputter Coater | Hitachi, Japan | E-1030 | |
| X-Ray Diffractometer (XRD) | PANalytical, The Netherlands | X'Pert PRO MRD |
References
- Nehl, C. L., Hafner, J. H. Shape-dependent plasmon resonances of gold nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 18 (21), 2415-2419 (2008).
- Auguié, B., Barnes, W. L. Collective resonances in gold nanoparticle arrays. Physical Review Letters. 101 (14), 143902 (2008).
- Sakai, N., Fujiwara, Y., Arai, M., Yu, K., Tatsuma, T. Electrodeposition of gold nanoparticles on ITO: Control of morphology and plasmon resonance-based absorption and scattering. Journal of Electroanalytical Chemistry. 628 (1-2), 7-15 (2009).
- Shiao, M. H., Lai, C. P., Liao, B. H., Lin, Y. S. Effect of photoillumination on gold-nanoparticle-assisted chemical etching of silicon. Journal of Nanomaterials. 2018, 5479605 (2018).
- Ayati, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocatalytic+degradation+of+nitrobenzene+by+gold+nanoparticles+decorated+polyoxometalate+immobilized+TiO2+nanotubes.”>Photocatalytic degradation of nitrobenzene by gold nanoparticles decorated polyoxometalate immobilized TiO2 nanotubes. Separation and Purification Technology. 171, 62-68 (2016).
- Huang, T., Meng, F., Qi, L. Controlled synthesis of dendritic gold nanostructures assisted by supramolecular complexes of surfactant with cyclodextrin. Langmuir. 26 (10), 7582-7589 (2009).
- Lahiri, A., Wen, R., Kuimalee, S., Kobayashi, S. I., Park, H. One-step growth of needle and dendritic gold nanostructures on silicon for surface enhanced Raman scattering. CrystEngComm. 14 (4), 1241-1246 (2012).
- Lahiri, A., Wen, R., Kobayashi, S. I., Wang, P., Fang, Y. Unique and unusual pattern demonstrating the crystal growth through bubble formation. Crystal Growth & Design. 12 (3), 1666-1670 (2012).
- Lahiri, A., et al. Photo-assisted control of gold and silver nanostructures on silicon and its SERRS effect. Journal of Physics D: Applied Physics. 46 (27), 275303 (2013).
- Lv, Z. Y., et al. Facile and controlled electrochemical route to three-dimensional hierarchical dendritic gold nanostructures. Electrochimica Acta. 109, 136-144 (2013).
- Dutta, S., et al. Mesoporous gold and palladium nanoleaves from liquid–liquid interface: enhanced catalytic activity of the palladium analogue toward hydrazine-assisted room-temperature 4-nitrophenol reduction. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (12), 9134-9143 (2014).
- Lin, C. T., et al. Rapid fabrication of three-dimensional gold dendritic nanoforests for visible light-enhanced methanol oxidation. Electrochimica Acta. 192, 15-21 (2016).
- Lahiri, A., Kobayashi, S. I. Electroless deposition of gold on silicon and its potential applications. Surface Engineering. 32 (5), 321-337 (2016).
- White, N., et al. Surface/interface analysis and optical properties of RF sputter-deposited nanocrystalline titanium nitride thin films. Applied Surface Science. 292, 74-85 (2014).
- Zhao, J., et al. Surface enhanced Raman scattering substrates based on titanium nitride nanorods. Optical Materials. 47, 219-224 (2015).
- Lorite, I., Serrano, A., Schwartzberg, A., Bueno, J., Costa-Krämer, J. L. Surface enhanced Raman spectroscopy by titanium nitride non-continuous thin films. Thin Solid Films. 531, 144-146 (2013).
- O’Kelly, J. P., et al. Room temperature electroless plating copper seed layer process for damascene interlevel metal structures. Microelectronic Engineering. 50 (1), 473-479 (2000).
- Cesiulis, H., Ziomek-Moroz, M. Electrocrystallization and electrodeposition of silver on titanium nitride. Journal of Applied Electrochemistry. 30 (11), 1261-1268 (2000).
- Wu, Y., Chen, W. C., Fong, H. P., Wan, C. C., Wang, Y. Y. Displacement reactions between metal ions and nitride barrier layer/silicon substrate. Journal of the Electrochemical Society. 149 (5), G309-G317 (2002).
- Koo, H. C., Ahn, E. J., Kim, J. J. Direct-electroplating of Ag on pretreated TiN surfaces. Journal of the Electrochemical Society. 155 (1), D10-D13 (2008).
- Shiao, M. H., et al. Novel gold dendritic nanoflowers deposited on titanium nitride for photoelectrochemical cells. Journal of Solid State Electrochemistry. 22 (10), 3077-3084 (2018).
- Shiao, M. H., Lin, C. T., Zeng, J. J., Lin, Y. S. Novel gold dendritic nanoforests combined with titanium nitride for visible-light-enhanced chemical degradation. Nanomaterials. 8 (5), 282 (2018).
- Carraro, C., Maboudian, R., Magagnin, L. Metallization and nanostructuring of semiconductor surfaces by galvanic displacement processes. Surface Science Reports. 62 (12), 499-525 (2007).
