הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

צמיחה של זהב ננו יערות הדנדריטים על טיטניום Nitride-מצופה סיליקון מצעים

6.1K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/59603

⸱

3 ביוני 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Taiwan Instrument Research Institute, National Applied Research Laboratories, 2Department of Chemical Engineering, National United University

במאמר זה

סיכום

מחקר זה מציג הליך אפשרי עבור סינתזה זהב ננויערות הדנדריטים על טיטניום nitride/סיליקון מצעים. העובי של הננו-יערות הדנדריטים זהב מגביר ליניארי בתוך 15 דקות של תגובת סינתזה.

תקציר

במחקר זה, כוח גבוהה הדחף מגנטרון מערכת התזה משמש מעיל שטוח ומוצק טיטניום ניטריד (בדיל) סרט על הסיליקון (Si), ו התגובה פלואוריד בסיוע גלוון (fagrr) הוא מועסק עבור התצהיר המהיר והקל של זהב ננו-יערות דנדריטים (Au DNFs) על מצעים בדיל/סי. סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM) ומפזרים באנרגיה בתבניות X-ray של בדיל/סי ו-Au DNFs/בדיל/סי מאמתים כי תהליך הסינתזה נשלט באופן מדויק. תחת תנאי התגובה במחקר זה, את עובי של Au dnfs מגדיל בצורה לינארית 5.10 ± 0.20 יקרומטר בתוך 15 דקות של התגובה. לכן, הליך הסינתזה של המועסקים הוא גישה פשוטה ומהירה להכנת Au DNFs/בדיל/Si מרוכבים.

מבוא

זהב חלקיקים יש תכונות אופטיות אופייני מקומי המשטח פלשני מהדהד (lsprs), בהתאם לגודל והצורה של חלקיקים1,2,3,4. יתר על כן, חלקיקי זהב יכולים לשפר באופן משמעותי את התגובות photocatalytic5. ננו יערות דנדריטי מוערמים באמצעות חלקיקי זהב קיבלו תשומת לב ניכרת בגלל שלהם שטחים ספציפיים לציון שלהם שטח שיפור lspr חזק6,7,8,9 ,10,11,12,13.

TiN הוא חומר קרמי מאוד והוא בעל יציבות מכנית ותרמית מדהימה. TiN כולל תכונות אופטיות ייחודיות וניתן להשתמש בהן עבור יישומים פלמונית עם אור אינפרא-אדום גלוי לעין14,15. מחקרים הוכיחו כי פח יכול לייצר שיפורים אלקטרומגנטיים שדה, בדומה Au ננו מבנים16. התצהיר של נחושת17 או כסף18,19,20 על פח מצעים עבור יישומים הוכח. עם זאת, מספר מחקרים בוצעו על חומרים מרוכבים Au/TiN עבור יישומים. Shiao et al. הפגינו לאחרונה יישומים פוטנציאליים של Au DNFs/בדיל מרוכבים עבור תאים פוטואלקטרוכימי21 השפלה כימית22.

Au יכול להיות מסונתז על מצע פח באמצעות FAGRR23. תנאי התצהיר של Au DNFs על TiN הוא קריטי בביצועים של יישומים. מחקר זה בוחן את התפתחותם של Au DNFs על מצע פח מצופה Si.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. הכנה לדוגמא

  1. הכנת מצע פח בעזרת מערכת התזה של מגנטרון בעוצמה גבוהה
    1. חותכים 4 אינץ ' n-סוג סיליקון וופל לתוך 2 ס"מ x 2 ס"מ דגימות.
    2. רוחצים את הדגימות באמצעות אצטון, איזופנול, ומים מיותר.
    3. לייבש אותם באמצעות תרסיס N2 עבור 5 דקות.
    4. מניחים את הדגימות שטף Si במחזיק מדגם ומניחים את המחזיק לדוגמה לתוך הכוח גבוהה הדחף מגנטרון (HiPIMS) החדר.
    5. מניחים יעד טיטניום עם קוטר של 4 סנטימטרים על קתודה התזה.
    6. הפחת את הלחץ הקאמרי לפחות מ-8 x 10-6 Torr באמצעות משאבה מכנית וקריושופט.
    7. השתמש ב-HiPIMS כדי להפקיד שכבת Ti בפרוסת סיליקון ולהפקיד שכבת פח בשכבת Ti. ראה טבלה 1 עבור פרמטרי ההצהרה של שכבות Ti ובדיל ב-HiPIMS.
  2. AU DNF הכנה על מצעים בדיל/סי
    1. מקום 24 מ ל של פתרון מגיב המורכב 10 מילימטר חומצה כלורורית (האוקלרנית4) ו-הפתרון באגירה מועלת תחמוצת המורכב 11.4% NH4F ו 2.3% HF לתוך מכולה טפלון מדידה 5 ס"מ x 5 ס"מ x 5 ס מ.
    2. טבול את הסובסטרטים לתוך פתרון התערובת במשך 3 דקות.
    3. הסר את הדגימה ושטוף אותו באמצעות מים מפוהים.
    4. יבש את המדגם באמצעות תרסיס N2 ולאחר מכן מודלת אותו ב 120 ° c עבור 5 דקות כדי להשיג בדיקות Au dnfs/בדיל/סי.
    5. חזור על התכשיר Au DNF 10x.

2. בחינת דגימה

  1. סריקת ניתוח מיקרוסקופ אלקטרוני
    1. חותכים את המדגם לתוך 0.4 ס"מ x 0.8 ס"מ עם עט טונגסטן, ולנקות אותו באמצעות תרסיס N2 .
    2. מעיל סרט Pt דק על המדגם על ידי coater יון מאטר עבור 50 s.
    3. מניחים את המדגם המוכן לתוך כלי סריקה אלקטרון מיקרוסקופ (SEM).
    4. השג תמונות SEM על-ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרון והתנהלות אלמנט בניתוח21,22.
  2. ניתוח עקיפה של קרני רנטגן
    1. מקם את המדגם בכלי עקיפה של קרני רנטגן (XRD).
    2. . השג את הדפוסים האחרים21,22

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

איור 1 מתאר תמונות של ההכנות לדוגמה או dnfs/בדיל/סי. וופל הסיליקון היה לבן כסוף (איור 1a). בדיל/סי היה צהוב זהוב והיה לו משטח אחיד (איור 1b), שציין את ציפוי הפח האחיד על וופל הסיליקון. Au DNFs/בדיל/סי היה חום צהבהב ופחות הומוגנית על פני השטח (איור 1c) בגלל ההתפלגות האקראית של Au dnfs.

איור ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

במחקר זה, Au DNFs עם מספר גדלים של ענפים עוצבו על פני השטח של פח/סי באמצעות FAGRR. התצהיר של או-Nfs יכול להיות מזוהה ישירות על ידי שינוי משמעותי בצבע. העובי של Au dnfs על בדיל/סי עלה ל 5.10 ± 0.20 יקרומטר בתוך 15 דקות, ואת העלייה הזאת בעובי יכול להתבטא באמצעות המשוואה הליניארית הבאה: y = 0.296t + 0.649, שבו הזמן מגוון בין 1 עד 15 דקות.

ב-FAGRR, הצבת המתכת מושפעת מהקומפוזיציה ומרמת ה-pH של הפתרון23. שיעור התצהיר עולה עם צפיפות של פגמים במשטח המצע. עובי ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

. למחברים אין מה לגלות

תודות

עבודה זו נתמכת על ידי משרד המדע והטכנולוגיה, טייוואן, תחת מספרי חוזה רוב 105-2221-E-492-003-MY2 ורוב 107-2622-E-239-002-CC3.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
AcetoneDinhaw Enterprise Co. Ltd., טאיפיי, טייוואן
IsopropanolEcho Chemical Co. Ltd., Miaoli, טייוואןTG-078-000000-75NL
Buffered Oxide EtchUni-onward Corp., Hsinchu, טייוואן UR-BOE-1EA
חומצה כלורואוריתAlfa Aesar., Heysham, בריטניה36400.03
N-TypeSilicon Wafer Summit-Tech Company, Hsinchu, טייוואן
מערכת מקרטעת מגנטרון דחף בעוצמה גבוהה (HiPIMS)Melec GmbH, גרמניהSPIK2000A 
מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM)JEOL, יפןJSM-7800F
ציפוי מקרטע יוניםהיטאצ'י, יפןE-1030
דיפרקטומטר רנטגן (XRD)PANalytical, הולנדX'Pert PRO MRD

מקורות

  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. Photocatalytic degradation of nitrobenzene by gold nanoparticles decorated polyoxometalate immobilized TiO 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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

impulses
צמיחה של זהב ננו יערות הדנדריטים על טיטניום Nitride-מצופה סיליקון מצעים
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.