Summary

टाइटेनियम नाइट्राइड-कोटेड सिलिकॉन सबस्ट्रेट्स पर गोल्ड डेन्ड्रिटिक नैनोवनों की वृद्धि

Published: June 03, 2019
doi:

Summary

यह अध्ययन टाइटेनियम नाइट्राइड/सिलिकॉन सब्स्ट्राट्स पर सोने के डेन्ड्रिटिक नैनोवनों के संश्लेषण के लिए एक व्यवहार्य प्रक्रिया प्रस्तुत करता है । सोने के द्रुमाकृतिक नैनोवनों की मोटाई एक संश्लेषण की प्रतिक्रिया के 15 मिनट के भीतर रेखीय बढ़ जाती है ।

Abstract

इस अध्ययन में, एक उच्च शक्ति आवेग मैग्नेट्रॉन sputtering प्रणाली सिलिकॉन (Si) वेफर्स पर एक फ्लैट और फर्म टाइटेनियम नाइट्राइड (टिन) फिल्म कोट करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और एक फ्लोराइड से सहायता प्राप्त गैल्वैनिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया (FAGRR) तेजी से और आसानी से सोने के जमाव के लिए नियोजित है (क) के साथ-साथ, इस संबंध में क्या-क्या है? स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) छवियां और ऊर्जा-dispersive एक्स-रे टिन की-किरण स्पेक्ट्रोस्कोपी पैटर्न/ इस अध्ययन में प्रतिक्रिया की स्थिति के तहत, Au dnfs की मोटाई प्रतिक्रिया के 15 मिनट के भीतर रेखीय करने के लिए ५.१० ± ०.२० μm बढ़ जाती है । इसलिए, नियोजित संश्लेषण प्रक्रिया Au DNFs/टिन/सी कंपोजिट तैयार करने के लिए एक सरल और तेजी से दृष्टिकोण है.

Introduction

सोने नैनोकणों विशेषता ऑप्टिकल गुण और स्थानीयकृत सतह plasmon अनुनादों (lsprs), आकार और नैनोकणों1,2,3,4के आकार पर निर्भर करता है । इसके अलावा, सोने नैनोकणों काफी plasmonic प्रकाश उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं को बढ़ा सकते हैं5. Dendritic nanoforests खड़ी सोने नैनोकणों की वजह से उनकी उल्लेखनीय विशेष सतह क्षेत्रों और मजबूत lspr वृद्धि6,7,8,9 की काफी ध्यान दिया है ,10,11,12,13

टिन एक अत्यंत कठिन सिरेमिक सामग्री है और उल्लेखनीय थर्मल, रासायनिक, और यांत्रिक स्थिरता है । टिन विशिष्ट ऑप्टिकल गुण है और दृश्य करने वाली के पास अवरक्त प्रकाश14,15के साथ plasmonic अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । अनुसंधान का प्रदर्शन किया है कि टिन विद्युत चुंबकीय क्षेत्र संवर्द्धन, Au nanostructures16के समान उत्पादन कर सकते हैं । आवेदन के लिए टिन के सबस्ट्रैट्स पर कॉपर17 या सिल्वर18,19,20 का निक्षेपण दर्शाया गया है । तथापि, अनुप्रयोगों के लिए एयू/टिन कंपोजिट सामग्रियों पर कुछ अध्ययनों का निष्पादन किया गया है । Shiao एट अल. हाल ही में Au DNFs के संभावित अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया है और photoelectrochemical कोशिकाओं21 और रासायनिक गिरावट22के लिए टिन कंपोजिट ।

Au एक FAGRR23का उपयोग करके एक टिन सब्सट्रेट पर संश्लेषित किया जा सकता है. अनुप्रयोग के निष्पादन में टिन पर Au DNFs की निक्षेपण स्थिति महत्वपूर्ण है । यह अध्ययन एक टिन लेपित एसआई सब्सट्रेट पर Au DNFs के विकास की जांच करता है ।

Protocol

1. नमूना तैयारी टिन सब्सट्रेट तैयारी एक उच्च शक्ति आवेग मैग्नेट्रॉन sputtering प्रणाली का उपयोग 2 सेमी x 2 सेमी नमूनों में एक 4 इंच n-प्रकार सिलिकॉन वेफर कट । एसीटोन, isopropanol, और विआयनीकृत पानी का उप?…

Representative Results

चित्र 1 Au Dnfs/टिन/Si नमूना तैयारी की छवियों को दर्शाया गया है । सिलिकॉन वेफर सिल्की सफेद था (चित्र 1a) । टिन/पै सुनहरा पीला था और एक सजातीय सतह (चित्र 1बी), जो सिलिकॉन…

Discussion

इस अध्ययन में, कई शाखा आकारों वाले Au DNFs को FAGRR का उपयोग करके टिन/Si की सतह पर सजाया गया था । Au DNFs के जमाव को रंग में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन के द्वारा सीधे पहचाना जा सकता है । टिन/Si पर Au DNFs की मोटाई 15 मिनट के भीतर ५.१० ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

यह काम विज्ञान और प्रौद्योगिकी, ताइवान के मंत्रालय द्वारा समर्थित किया गया था अनुबंध संख्या के तहत सबसे 105-2221-E-492-003-MY2 और सबसे 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

  1. Nehl, C. L., Hafner, J. H. Shape-dependent plasmon resonances of gold nanoparticles. Journal of Materials Chemistry. 18 (21), 2415-2419 (2008).
  2. Auguié, B., Barnes, W. L. Collective resonances in gold nanoparticle arrays. Physical Review Letters. 101 (14), 143902 (2008).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Lv, Z. Y., et al. Facile and controlled electrochemical route to three-dimensional hierarchical dendritic gold nanostructures. Electrochimica Acta. 109, 136-144 (2013).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Lahiri, A., Kobayashi, S. I. Electroless deposition of gold on silicon and its potential applications. Surface Engineering. 32 (5), 321-337 (2016).
  14. 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).
  15. Zhao, J., et al. Surface enhanced Raman scattering substrates based on titanium nitride nanorods. Optical Materials. 47, 219-224 (2015).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Cesiulis, H., Ziomek-Moroz, M. Electrocrystallization and electrodeposition of silver on titanium nitride. Journal of Applied Electrochemistry. 30 (11), 1261-1268 (2000).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Carraro, C., Maboudian, R., Magagnin, L. Metallization and nanostructuring of semiconductor surfaces by galvanic displacement processes. Surface Science Reports. 62 (12), 499-525 (2007).

Play Video

Cite This Article
Shiao, M., Zeng, J., Huang, H. J., Liao, B., Tang, Y., Lin, Y. Growth of Gold Dendritic Nanoforests on Titanium Nitride-coated Silicon Substrates. J. Vis. Exp. (148), e59603, doi:10.3791/59603 (2019).

View Video