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Summary

Diese Studie stellt ein praktikables Verfahren zur Synthese von goldendritischen Nanowäldern auf Titannitride/Siliziumsubstraten vor. Die Dicke der golddendritischen Nanowälder steigt linear innerhalb von 15 Minuten einer Synthesereaktion.

Abstract

In dieser Studie wird ein hochleistungsfähiges Impulsmagnetron-Sputtersystem verwendet, um eine flache und feste Titannitridfolie (TiN) auf Silizium-Wafern (Si) zu beschichten, und eine fluoridgestützte galvanische Ersatzreaktion (FAGRR) wird für die schnelle und einfache Ablagerung von Gold eingesetzt. Dendritische Nanowälder (Au DNFs) auf den TiN/Si-Substraten. Die Scanning-Elektronenmikroskopie (SEM) Bilder und energiesparende Röntgenspektroskopie-Muster von TiN/Si und Au DNFs/TiN/Si Proben bestätigen, dass der Syntheseprozess genau gesteuert wird. Unter den Reaktionsbedingungen in dieser Studie steigt die Dicke der Au DNFs linear auf 5,10 ± 0,20 μm innerhalb von 15 Minuten der Reaktion an. Daher ist das verwendete Syntheseverfahren ein einfacher und schneller Ansatz für die Vorbereitung von Au DNFs/TiN/TiTiTiTi-Verbundwerkstoffen.

Introduction

Gold-Nanopartikel haben charakteristische optische Eigenschaften und lokalisierte Oberflächenplasmonresonanzen (LSPRs), je nach Größe und Form der Nanopartikel 1,2,3,4. Darüber hinaus können Gold-Nanopartikel die plasmonischen photokatalytischen Reaktionen deutlich verbessern 5. Dendritische Nanowälder, die mit Goldnanopartikeln gestapelt sind, haben aufgrund ihrer bemerkenswerten spezifischen Oberflächen und der robusten LSPR-Erweiterung6,7, 8, 9 großeAufmerksamkeit erhalten. ,10,11,12, 13.

TiN ist ein extrem hartes Keramikmaterial und verfügt über eine bemerkenswerte thermische, chemische und mechanische Stabilität. TiN hat markante optische Eigenschaften und kann für plasmonische Anwendungen mit sichtbarem Infrarotlicht 14,15eingesetztwerden. Die Forschung hat gezeigt, dass TiN elektromagnetische Feldverbesserungen erzeugen kann, ähnlich wie Au-Nanostrukturen16. Die Ablagerung von Kupfer 17 oder Silber18,19,20aufTiN-Substraten für Anwendungen wurde nachgewiesen. Es wurden jedoch nur wenige Studien zu Au/TiN-Verbundwerkstoffen für Anwendungen durchgeführt. Shiao et al. haben vor kurzem mögliche Anwendungen von Au DNFs/TiN Verbundwerkstoffen für photoelektrochemische Zellen 21 und chemische Degradierung22 nachgewiesen.

Au kann auf einem TiN-Substrat mit einem FAGRR23synthetisiert werden. Die Ablagebedingung von Au DNFs auf TiN ist entscheidend für die Leistung von Anwendungen. Diese Studie untersucht das Wachstum von Au DNFs auf einem TiN-beschichteten Si-Substrat.

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Protocol

1. Probenvorbereitung

  1. TiN-Substratvorbereitung mit einem Hochleistungs-Impulsmagnetron-Sputtersystem
    1. Schneiden Sie einen 4-Zoll-n-Silizium-Wafer in 2 cm x 2 cm Muster.
    2. Die Proben mit Aceton, Isopropanol und deionisiertem Wasser waschen.
    3. Trocknen Sie sie mit einem N2-Spray für 5 min.
    4. Die gewaschenen Si-Proben in einen Probenhalter geben und den Probenhalter in eine Hochleistungs-Impulsmagnetron-Sputterkammer (HiPIMS) legen.
    5. Legen Sie ein Titanziel mit einem Durchmesser von 4 Zoll auf eine sputternde Kathode.
    6. Reduzieren Sie den Kammerdruck mit einer mechanischen Pumpe und Kryopumpe auf weniger als 8 x 10-6 Torr.
    7. Verwenden Sie HiPIMS, um eine Ti-Ebene auf einem Silizium-Wafer zu deponieren und eine TiN-Schicht auf der Ti-Ebene zu hinterlegen. Siehe Tabelle 1 für die Ablagerungsparameter von Ti und TiN Ebenen in HiPIMS.
  2. Au DNF Vorbereitung auf TiN/Si-Substrate
    1. Platz 24 ml einer Reaktarchlösung, bestehend aus 10 mM Chloroaurinsäure (HAuCl4) und gepufferter Oxidzäntellösung mit 11,4% NH4F und 2,3% HF in einem Teflon-Container mit einer Größe von 5 cm x 5 cm x 5 cm.
    2. Die Substrate 3 min in die Mischlösung eintauchen.
    3. Die Probe entfernen und mit deionisiertem Wasser waschen.
    4. Die Probe mit demN-2-Spray trocknen und dann bei 120 ° C für 5 Minuten inkubieren, um Au DNFs/TiN/Tii Proben zu erhalten.
    5. Wiederholen Sie die Au DNF-Zubereitung 10x.

2. Stichprobe Prüfung

  1. Rasteranalyse der Elektronenmikroskopie
    1. Die Probe mit einem Wolfram-Stift in 0,4 cm x 0,8 cm schneiden und mit dem N 2-Spray reinigen.
    2. Eine dünne Pt-Folie auf der Probe mit einem Ionensputter-Lackierer für 50 s.
    3. Die vorbereitete Probe in ein Rasterelektronenmikroskopie-Instrument (SEM) legen.
    4. Erhalten Sie SEM-Bilder durch das Rasterelektronenmikroskop und führenSie die Elementanalyse21,22 durch.
  2. Röntgenbeugungsanalysen
    1. Die Probe in ein Röntgenbeugungsinstrument (XRD) legen.
    2. Erhalten Sie XRD-Muster21,22.

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Results

Abbildung 1 zeigt Bilder der Au DNFs/TiN/Tii Probenpräparate. Der Siliziumwafer war silbrig weiß (Abbildung 1a). TiN/Si war goldgelb und hatte eine homogene Oberfläche (Abbildung 1b), die auf die gleichmäßige TiN-Beschichtung auf dem Siliziumwafer hinwies. Au DNFs/TiN/Si war gelblich-braun und weniger homogen auf der Oberfläche (Abbildung 1c) wegen der zufälligen ...

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Discussion

In dieser Studie wurden Au-DNFs mit mehreren Zweiggrößen auf der Oberfläche von TiN/Si mit FAGRR dekoriert. Die Ablagerung der Au DNFs konnte durch eine signifikante Farbänderung direkt erkannt werden. Die Dicke der Au DNFs auf TiN/Si erhöhte sich innerhalb von 15 Minuten auf 5,10 ± 0,20 μm, und diese Erhöhung der Dicke kann durch die folgende lineare Gleichung ausgedrückt werden: y = 0,296t + 0,649, wobei die Zeit von 1 bis 15 min variierte.

Bei FAGRR wird die Metal...

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde vom Ministerium für Wissenschaft und Technologie, Taiwan, unter den Vertragsnummern MOST 105-2221-E-492-003-MY2 und MOST 107-2622-E-239-002-CC3 unterstützt.

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Materials

List of materials used in this article
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

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