JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

وتقدم هذه الدراسة اجراء ممكنا لتوليف الذهب الشجيري nanoforests علي التيتانيوم نيرايد/ركائز السيليكون. سمك الذهب الشجيري nanoforests يزيد خطيا في غضون 15 دقيقه من رد فعل التوليف.

Abstract

في هذه الدراسة ، يتم استخدام نظام اخرق الدافعة العالية المغنطرون لمعطف التيتانيوم نيتريد مسطحه وثابته (القصدير) الفيلم علي السيليكون (Si) ويفر ، ويتم استخدام الفلوريد بمساعده التفاعل البديل كلفاني (fagrr) لترسب السريع وسهل من الذهب الشجيري نانوفاوتس (الاتحاد الافريقي DNFs) علي ركائز القصدير/Si. المسح الضوئي المجهر الكترون (SEM) الصور والطاقة التشتت الاشعه السينية أنماط التحليل الطيفي من القصدير/Si والاتحاد الافريقي DNFs/القصدير/Si عينات التحقق من صحة ان عمليه التوليف يتم التحكم بدقه. تحت ظروف التفاعل في هذه الدراسة ، وسمك الاتحاد الافريقي DNFs يزيد خطيا إلى 5.10 ± 0.20 μm في غضون 15 دقيقه من رد الفعل. ولذلك ، فان الاجراء التجميعي المستخدم هو نهج بسيط وسريع لاعداد المواد المركبة من الاتحاد الافريقي/القصدير/Si.

Introduction

الذهب النانويه لها خصائص البصرية المميزة والموضعية الصدى السطحية البلازما (lsprs) ، اعتمادا علي حجم وشكل الجسيمات النانويه1،2،3،4. وعلاوة علي ذلك ، يمكن ان تعزز جسيمات نانويه الذهب بشكل كبير ردود الفعل الضوئية plasmonic5. وقد تلقت الشجيري nanoforests مكدسه باستخدام النانويه الذهب اهتماما كبيرا بسبب المناطق السطحية المحددة الجديرة بالذكر وتعزيز قويه لموارد الأرض6,7,8,9 ،10،11،12،13.

القصدير هو ماده خزفية من الصعب للغاية ولها الاستقرار الحراري والكيميائية والميكانيكية ملحوظ. القصدير لديه خصائص بصريه مميزه ويمكن استخدامها للتطبيقات plasmonic مع مرئية إلى القريبة من الاشعه تحت الحمراء الخفيفة14،15. وقد أظهرت البحوث ان القصدير يمكن ان تنتج التحسينات الميدانية الكهرومغناطيسية ، علي غرار النانو الاتحاد الافريقي16. وقد تم إثبات ترسب النحاس17 أو الفضة18،19،20 علي ركائز القصدير للتطبيقات. ومع ذلك ، أجريت دراسات قليله علي المواد المركبة من الاتحاد الافريقي/القصدير للتطبيقات. وقد أظهرت شياو وآخرون في الاونه الاخيره التطبيقات المحتملة لمركبات الاتحاد الافريقي/القصدير للخلايا الكهروكيميائية21 والتحلل الكيميائي22.

Au يمكن توليفها علي الركيزة القصدير باستخدام FAGRR23. شرط ترسب الاتحاد الافريقي DNFs علي القصدير أمر حاسم في أداء التطبيقات. تدرس هذه الدراسة نمو DNFs الاتحاد الافريقي علي الركيزة Si القصدير المغلفة.

Protocol

1. اعداد العينة

  1. القصدير اعداد الركيزة باستخدام قوه عاليه الاندفاع المغنطرون اخرق نظام
    1. قطع 4 بوصه n-نوع رقاقه السيليكون في 2 سم × 2 سم عينات.
    2. اغسل العينات باستخدام الأسيتون ، الايزوبروبانول ، والماء منزوع الأيونات.
    3. جففها باستخدام بخاخ N2 لمده 5 دقائق.
    4. وضع عينات Si غسلها في حامل العينة ووضع حامل العينة في قوه عاليه الاندفاع المغنطرون اخرق (HiPIMS) غرفه.
    5. وضع هدف التيتانيوم مع قطرها 4 بوصات علي الكاثود اخرق.
    6. تقليل ضغط الغرفة إلى اقل من 8 x 10-6 torr باستخدام مضخة ميكانيكيه والتبريد.
    7. استخدام HiPIMS لإيداع طبقه Ti علي رقاقه السيليكون وإيداع طبقه القصدير علي طبقه Ti. انظر الجدول 1 بالنسبة لمعلمات الترسب في طبقات Ti و TiN في hipims.
  2. AU DNF اعداد علي ركائز القصدير/Si
    1. مكان 24 مل من محلول المتفاعل الذي يتالف من 10 مم حمض الكلوروجينيك (HAuCl4) ومحلول أكسيد المخزنة بالتخزين المؤقت يضم 11.4 ٪ NH4F و 2.3 ٪ HF في حاويه تفلون قياس 5 سم × 5 سم × 5 سم.
    2. تراجع الركائز في محلول الخليط لمده 3 دقائق.
    3. أزاله العينة وغسلها باستخدام الماء منزوع الأيونات.
    4. تجفيف العينة باستخدام الرذاذ N2 ومن ثم احتضانه في 120 درجه مئوية لمده 5 دقائق للحصول علي الاتحاد الافريقي dnfs/القصدير/Si عينات.
    5. كرر اعداد DNF الاتحاد الافريقي 10x.

2. عينه الفحص

  1. مسح تحليلات المجهر الكتروني
    1. قطع العينة إلى 0.4 سم × 0.8 سم مع القلم التنغستن ، وتنظيفه باستخدام N2 رذاذ.
    2. معطف رقيقه حزب العمال السينمائي علي عينه من قبل المغطي أيون بصق ل 50 s.
    3. ضع العينة المعدة في أداه الفحص المجهري الكترون (SEM).
    4. الحصول علي صور SEM من المجهر الكترون المسح الضوئي واجراء تحليل عنصر21,22.
  2. تحليلات انكسار الاشعه السينية
    1. ضع العينة في أداه انكسار الاشعه السينية (XRD).
    2. الحصول علي أنماط xrd21،22.

النتائج

الشكل 1 يصور الصور من الاستعدادات الاتحاد الافريقي Dnfs/TiN/Si عينه. وكان رقاقه السيليكون ابيض فضي (الشكل 1a). وكان القصدير/Si الأصفر الذهبي وكان سطح متجانس (الشكل 1b) ، والتي أشارت إلى طلاء القصدير موحده علي رقاقه السيليكون. وكان ال...

Discussion

في هذه الدراسة ، تم تزيين الاتحاد الافريقي DNFs مع احجام فروع متعددة علي سطح القصدير/Si باستخدام FAGRR. ويمكن التعرف مباشره علي ترسبات الاتحاد الافريقي بتغيير كبير في اللون. سمك DNFs الاتحاد الافريقي علي القصدير/Si زيادة إلى 5.10 ± 0.20 μm في غضون 15 دقيقه ، ويمكن التعبير عن هذه الزيادة في سمك باستخدام ال...

Disclosures

وليس لدي المؤلفين ما يفصحون عنه.

Acknowledgements

وكان هذا العمل مدعوما من وزاره العلوم والتكنولوجيا ، تايوان ، ببموجب أرقام العقود الأكثر 105-2221-E-492-003-MY2 ومعظم 107-2622-E-239-002-CC3.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
AcetoneDinhaw Enterprise Co. Ltd.,Taipei, Taiwan
IsopropanolEcho Chemical Co. Ltd., Miaoli, TaiwanTG-078-000000-75NL
Buffered Oxide EtchUni-onward Corp., Hsinchu, Taiwan UR-BOE-1EA
Chloroauric AcidAlfa Aesar., Heysham, United Kingdom36400.03
N-Type Silicon WaferSummit-Tech Company, Hsinchu, Taiwan
High-Power Impulse Magnetron Sputtering System (HiPIMS)Melec GmbH, GermanySPIK2000A 
Scanning Electron Microscope (SEM)JEOL, JapanJSM-7800F
Ion Sputter CoaterHitachi, JapanE-1030
X-Ray Diffractometer (XRD)PANalytical, The NetherlandsX'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. 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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

148 nitride dendrite

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved