Crescita di Nanoforests dendritiche oro su substrati di silicio rivestiti in nitruro di titanio
Summary
Questo studio presenta una procedura fattibile per sintetizzare nanoforme dendritiche oro su substrati di nitruro di titanio/silicio. Lo spessore delle nanoforme dendritiche d’oro aumenta linearemente entro 15 minuti da una reazione di sintesi.
Abstract
In questo studio, un sistema di sputtering ad impulso magnetron ad alta potenza viene utilizzato per rivestire una pellicola di nitruro di titanio piatta e soda (TiN) su wafer di silicio (si), e una reazione di sostituzione galvanica assistita da fluoro (FAGRR) è impiegata per la deposizione rapida e facile di oro nanoforests dendritiche (au DNFs) sui substrati TiN/si. Le immagini di microscopia elettronica a scansione (SEM) e i modelli di spettroscopia a raggi X a dispersione energetica dei campioni TiN/si e au DNFs/TiN/si confermano che il processo di sintesi è controllato accuratamente. Nelle condizioni di reazione in questo studio, lo spessore degli au DNF aumenta linearemente a 5,10 ± 0,20 μm entro 15 minuti dalla reazione. Pertanto, la procedura di sintesi impiegata è un approccio semplice e rapido per la preparazione di compositi au DNFs/TiN/si.
Introduction
Le nanoparticelle d’oro hanno proprietà ottiche caratteristiche e risonanze plasmonica superficiali localizzate (lsprs), a seconda delle dimensioni e della forma delle nanoparticelle1,2,3,4. Inoltre, le nanoparticelle d’oro possono migliorare significativamente le reazioni fotocatalitiche plasmoniche5. Le nanoforme dendritiche impilate con nanoparticelle d’oro hanno ricevuto notevole attenzione a causa delle loro notevoli aree superficiali specifiche e del robusto potenziamento LSPR6,7,8,9 ,10,11,12,13.
TiN è un materiale ceramico estremamente duro e ha notevole stabilità termica, chimica e meccanica. Tin ha caratteristiche ottiche distintive e può essere utilizzato per applicazioni plasmoniche con luce visibile-a-vicino-infrarosso14,15. La ricerca ha dimostrato che il Tin può produrre miglioramenti del campo elettromagnetico, simili a quelli di au nanostrutture16. È stata dimostrata la deposizione di rame17 o argento18,19,20 su substrati di stagno per applicazioni. Tuttavia, sono stati condotti pochi studi su materiali compositi au/TiN per applicazioni. Hanno recentemente dimostrato le potenziali applicazioni dei compositi au DNFs/TiN per le cellule fotoelettrochimiche21 e la degradazione chimica22.
Au può essere sintetizzato su un substrato TiN utilizzando un FAGRR23. La condizione di deposizione di au DNFs su TiN è cruciale per le prestazioni delle applicazioni. Questo studio esamina la crescita di au DNF su un substrato si rivestito di stagno.
Protocol
Representative Results
Discussion
In questo studio, au DNFs con più dimensioni di ramo sono stati decorati sulla superficie di TiN/si utilizzando FAGRR. La deposizione degli au DNF potrebbe essere identificata direttamente da un cambiamento significativo di colore. Lo spessore degli au DNF su TiN/si è aumentato a 5,10 ± 0,20 μm entro 15 minuti, e questo aumento di spessore può essere espresso utilizzando la seguente equazione lineare: y = 0,296t + 0,649, dove il tempo variava da 1 a 15 min.
In FAGRR, la …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Ministero della scienza e della tecnologia, Taiwan, sotto i numeri di contratto più 105-2221-E-492-003-MY2 e la maggior parte 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).
