Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Рост золотых дендритных Нанолесов на Титане Нитрайд покрытые кремния субстраты

6.1K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/59603

⸱

3 июня 2019 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Это исследование представляет собой осуществимую процедуру для синтеза золотых дендритных нанолесов на титановых нитезды/кремниевых субстратов. Толщину золотых дендритных нанолесов увеличивается линейно в течение 15 минут реакции синтеза.

Аннотация

В этом исследовании, высокой мощности импульс магнетрон напыления система используется для покрытия плоской и твердой титана нитрида (олово) пленка на кремниевых (Si) пластин, и фторид с помощью гальванической заместительной реакции (фаграр) используется для быстрого и легкого осаждения золота Дендритные нанолеса (Au НФС) на субстратах TiN/Si. Сканирующая электронная микроскопия (РЭМ) изображения и энергия-диспергирующая рентгеновская спектроскопия образцов олова/Si и Au-НФС/Тин/Си подтверждают, что процесс синтеза точно контролируется. В условиях реакции в данном исследовании толщина Au-Онфов линейно возрастает до 5,10 ± 0,20 мкм в течение 15 минут после реакции. Таким образом, используемые процедуры синтеза является простой и быстрый подход для подготовки Au НФС/Тин/Si композитов.

Введение

Наночастицы золота имеют характерные оптические свойства и локализованные резонансы поверхностных плазмон (lsprs), в зависимости от размера и формы наночастиц1,2,3,4. Кроме того, наночастицы золота могут значительно усилить плазмомические фотокаталитические реакции5. Дендритных нанолесов сложены с использованием наночастиц золота получили значительное внимание из-за их отметить конкретные участки поверхности и надежные lspr повышение6,7,8,9 ,10,11,12,13.

TiN очень твердый керамический материал и имеет замечательное термально, химически, и механически стабилность. Tin имеет отличительные оптические свойства и может быть использован для плазмомических применений с видимым к почти инфракрасным светом14,15. Исследования показали, что TiN может производить усовершенствования электромагнитного поля, похожие на наноструктуры Au16. Было продемонстрировано осаждение меди17 илисеребра 18,19,20 на оловянные субстраты для применения. Тем не менее, несколько исследований были проведены на Au/TiN композитных материалов для приложений. Shiao et al. в последнее время продемонстрировали потенциальные применения Au НФС/TiN композитов для фотоэлектрохимических клеток21 и химической деградации22.

Au может быть синтезирован на подложке олова с помощью ФАГРАР23. Условие осаждения Au НФС на олове имеет решающее значение в выполнении приложений. Это исследование исследует рост Au НФС на олова покрытием Si подложки.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. Подготовка образца

  1. Оловянный субстрат с использованием высокосиловой импульсной системы напыления магнетрона
    1. Вырезать 4 дюйма n-типа пластины кремния в 2 см х 2 см образцов.
    2. Вымойте образцы с помощью ацетона, изопропанола и обожинизированной воды.
    3. Высушите их с помощью N2 спрей для 5 мин.
    4. Поместите вымытые образцы Si в держатель образца и поместите держатель образца в камеру высокой мощности импульсного магнеттрона (Гипмс).
    5. Поместите титановую мишень диаметром 4 дюйма при распылении катода.
    6. Уменьшите давление камеры до менее чем 8 x 10-6 torr, используя механический насос и криоумз.
    7. Используйте Гипмс, чтобы внести слой TI на кремниевую пластину и депонировать слой олова на слое Ti. См. таблицу 1 для параметров осаждения Ti и Tin слоев в гипмсм.
  2. Au НФФ Подготовка на оловянных/Si субстратах
    1. Поместите 24 мл раствора реагента в составе 10 мм хлорауриновой кислоты (HAuCl4) и буферного раствора оксида, состоящего из 11,4% н4F и 2,3% кв в тефлоновой контейнер размером 5 см х 5 см х 5 см.
    2. Окуните субстраты в раствор смеси на 3 мин.
    3. Удалите образец и промойте его с помощью обожионизированной воды.
    4. Высушите образец с помощью спрея N2 , а затем Инкубируйте его при температуре 120 °c в течение 5 минут для получения образцов Au/Tin/Si.
    5. Повторите подготовку Au ННФ 10x.

2. выборочное обследование

  1. Анализы электронной микроскопии сканирования
    1. Вырезать образец в 0,4 см х 0,8 см с пером вольфрама, и очистить его с помощью N2 спрей.
    2. Пальто тонкий PT пленка на образце ионный спинополит coатер для 50 s.
    3. Поместите подготовленный образец в инструмент сканирования электронной микроскопии (РЭМ).
    4. Получить сем изображения по сканированию электронного микроскопа и проведения анализа элементов21,22.
  2. Анализы дифракции рентгеновских лучей
    1. Поместите образец в рентгеновскую дифракцию (XRD) прибор.
    2. Получить XRD моделей21,22.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

На рисунке 1 изображены изображения подготовки образцов Au НФС/Тин/Си. Силиконовая пластина была серебристо-белая (рис. 1a). Олово/Si был золотисто-желтым и имел однородную поверхность (рис. 1b), который указывал на равномерное покрытие олова на кремниевой пластине. Au НФС/Тин/Si был желтовато-коричневый и менее однородный на поверхности (рис. 1С) из-за случайного распре...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

В этом исследовании, Au Ннфс с несколькими размерами ветвей были украшены на поверхности олова/Si с помощью FAGRR. Осаждение Au НФС может быть непосредственно идентифицировано существенным изменением цвета. Толщина Au ДНФ на олове/Си увеличилась до 5,10 ± 0,20 мкм в течение 15 минут, и это увеличение толщины может быть выражено с использованием следующих линейных уравнений: y = 0,296t + 0,649, где время варьировалось от 1 до 15 мин.

В ФАГРАР, осаждение металла влияет на соста...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Министерством науки и техники, Тайвань, по контрактам номера наиболее 105-2221-E-492-003-MY2 и большинство 107-2622-E-239-002-CC3.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
АцетонДинхау Энтерпрайз Ко. Лтд., Тайбэй, Тайвань
ИзопропанолEcho Chemical Co. Ltd., Мяоли, ТайваньTG-078-000000-75NL
Буферный оксидный травлениеUni-onward Corp., Синьчжу, Тайвань UR-BOE-1EA
Хлорауриновая кислотаAlfa Aesar., Хейшам, Великобритания36400.03
N-типа Кремниевые пластиныSummit-Tech Company, Синьчжу, Тайвань
Мощная импульсная магнетронная система распыления (HiPIMS)Melec GmbH, ГерманияSPIK2000A 
Сканирующий электронный микроскоп (SEM)JEOL, ЯпонияJSM-7800F
Устройство для нанесения покрытий ионным распылениемHitachi, ЯпонияE-1030
Рентгеновский дифрактометр (XRD)PANalytical, НидерландыX'Pert PRO MRD

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Рост золотых дендритных Нанолесов на Титане Нитрайд покрытые кремния субстраты
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.