Vekst av gull dendrittiske Nanoforests på Titanium nitride-belagt silisium underlag
Summary
Denne studien presenterer en gjennomførbar prosedyre for syntetisere gull dendrittiske nanoforests på titan nitride/silisium underlag. Tykkelsen av gull dendrittiske nanoforests øker lineært innen 15 min av en syntese reaksjon.
Abstract
I denne studien, en høyeffekts impuls magnetron sputtering systemet brukes til å belegge en flat og fast titan nitride (TiN) film på silisium (si) wafere, og en fluor-assistert galvanisk erstatning reaksjon (FAGRR) er ansatt for rask og enkel deponering av gull dendrittiske nanoforests (au DNFs) på tinn/si-underlag. Scanning elektron mikroskopi (SEM) bilder og energi-dispersive X-ray spektroskopi mønstre av TiN/si og au DNFs/TiN/si prøver validere at syntese prosessen er nøyaktig kontrollert. Under reaksjonen forholdene i denne studien, tykkelsen på Au DNFs øker lineært til 5,10 ± 0,20 μm innen 15 min av reaksjonen. Derfor er den sysselsatte syntese prosedyren en enkel og rask tilnærming for å forberede au DNFs/TiN/si kompositter.
Introduction
Gull nanopartikler har karakteristiske optiske egenskaper og lokaliserte overflate Plasmon resonanser (LSPRs), avhengig av størrelsen og formen på nanopartikler1,2,3,4. Videre kan gull nanopartikler betydelig forbedre plasmonic fotokatalytiske reaksjoner5. Dendrittiske nanoforests stablet ved hjelp av gull nanopartikler har fått stor oppmerksomhet på grunn av deres bemerkelsesverdige spesifikke overflateområder og robust LSPR ekstrautstyr6,7,8,9 ,10,11,12,13.
TiN er et ekstremt hardt keramisk materiale og har bemerkelsesverdig termisk, kjemisk og mekanisk stabilitet. TiN har karakteristiske optiske egenskaper og kan brukes til plasmonic applikasjoner med synlig-til-nær-infrarød lys14,15. Forskning har vist at TiN kan produsere elektromagnetiske felt forbedringer, som ligner på Au nanostrukturer16. Deponering av kobber17 eller sølv18,19,20 på tinn underlag for applikasjoner har blitt demonstrert. Men noen studier har blitt utført på Au/TiN kompositt materialer for applikasjoner. Shiao et al. har nylig demonstrert potensielle anvendelser av au DNFs/TiN kompositter for photoelectrochemical celler21 og kjemisk degradering22.
Au kan bli syntetisert på en TiN substrat ved hjelp av en FAGRR23. Den deponering tilstand au DNFs på TiN er avgjørende i utførelsen av programmene. Denne studien undersøker veksten av au DNFs på et TiN-belagt si substrat.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne studien ble au DNFs med flere gren størrelser dekorert på overflaten av TiN/si ved hjelp av FAGRR. Deponering av au DNFs kan være direkte identifisert av en betydelig endring i farge. Tykkelsen på Au DNFs på TiN/si økt til 5,10 ± 0,20 μm innen 15 min, og denne økningen i tykkelse kan uttrykkes ved hjelp av følgende lineære ligningen: y = 0,296t + 0,649, hvor tiden varierte fra 1 til 15 min.
I FAGRR påvirkes metall deponering av sammensetningen og pH-verdie…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av departementet for vitenskap og teknologi, Taiwan, under kontrakt tall mest 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 |
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).
