Vækst af guld dendritiske Nanoskove på titanium nitride-belagte silicium substrater
Summary
Denne undersøgelse præsenterer en gennemførlig procedure for syntese af guld dendritiske nanoskove på titanium nitrid/silicium substrater. Tykkelsen af guld dendritiske nanoskove stiger lineært inden for 15 minutter af en syntese reaktion.
Abstract
I denne undersøgelse anvendes et højeffekt impuls magnet Tron sputerings system til at belægge en flad og fast Titan nitrid (TiN) film på silicium (SI) wafers, og en fluorid assisteret galvanisk udskiftnings reaktion (FAGRR) er ansat til hurtig og nem aflejring af guld og dendritiske nanoskove (AU Dnf’er) på TiN/si-substrater. Scanning elektronmikroskopi (SEM) billeder og energi-dispersive X-ray spektroskopi mønstre af TiN/si og AU DNFs/TiN/si prøver validere, at synteseprocessen er nøjagtigt kontrolleret. Under reaktions forholdene i dette studie stiger tykkelsen af AU Dnf’erne lineært til 5,10 ± 0,20 μm inden for 15 minutter efter reaktionen. Derfor er den anvendte syntese procedure en enkel og hurtig metode til forberedelse af AU DNFs/TiN/si kompositter.
Introduction
Guld nanopartikler har karakteristiske optiske egenskaber og lokaliserede overflade Plasmon resonanser (lsprs), afhængigt af størrelsen og formen af nanopartiklerne1,2,3,4. Desuden, guld nanopartikler kan signifikant forbedre plasmonic fotoalytiske reaktioner5. Dendritiske nanoskove stablet ved hjælp af guld nanopartikler har fået betydelig opmærksomhed på grund af deres bemærkelsesværdige specifikke overfladeområder og robust lspr ekstraudstyr6,7,8,9 ,10,11,12,13.
TiN er et ekstremt hårdt keramisk materiale og har en bemærkelsesværdig termisk, kemisk og mekanisk stabilitet. TiN har karakteristiske optiske egenskaber og kan bruges til plasmonic applikationer med synligt-til-nær-infrarødt lys14,15. Forskning har vist, at TiN kan producere elektromagnetiske felt forbedringer, svarende til AU nanostrukturer16. Aflejring af kobber17 eller sølv18,19,20 på tin substrater til applikationer er blevet påvist. Der er dog kun blevet udført få undersøgelser på AU/TiN kompositmaterialer til applikationer. Shiao et al. har for nylig demonstreret potentielle anvendelser af AU DNFs/TiN kompositter til foto elektrokemiske celler21 og kemisk nedbrydning22.
AU kan syntetiseres på et TiN-substrat ved hjælp af en FAGRR23. Depositionen af AU Dnf’er på TiN er af afgørende betydning for applikationers ydeevne. Denne undersøgelse undersøger væksten af AU Dnf’er på et TiN-belagt si-substrat.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse blev AU Dnf’er med flere forgrenings størrelser dekoreret på overfladen af TiN/si ved hjælp af FAGRR. Depositionen af AU Dnf’er kunne identificeres direkte ved en væsentlig ændring i farven. Tykkelsen af AU Dnf’er på TiN/si steg til 5,10 ± 0,20 μm inden for 15 minutter, og denne stigning i tykkelsen kan udtrykkes ved hjælp af følgende lineære ligning: y = 0,296t + 0,649, hvor tiden varierede fra 1 til 15 min.
I FAGRR påvirkes metal aflejringe…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af Ministeriet for videnskab og teknologi, Taiwan, under kontraktnumre de fleste 105-2221-E-492-003-MY2 og de fleste 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 |
Referências
- 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).
