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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

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.

Introduzione

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.

Protocollo

1. preparazione del campione

  1. Preparazione del substrato TiN utilizzando un sistema di sputtering ad impulso magnetron ad alta potenza
    1. Tagliare un wafer di silicio di tipo n 4 pollici in campioni di 2 cm x 2 cm.
    2. Lavare i campioni utilizzando acetone, isopropanolo e acqua deionizzata.
    3. Asciugarli con uno spray N2 per 5 min.
    4. Collocare i campioni si lavati in un supporto per campioni e collocare il supporto del campione in una camera a impulsi magnetron sputtering (HiPIMS) ad alta potenza.
    5. Posizionare un bersaglio di titanio con un diametro di 4 pollici su un catodo sputtering.
    6. Ridurre la pressione della camera a meno di 8 x 10-6 Torr utilizzando una pompa meccanica e criopump.
    7. USA HiPIMS per depositare uno strato di ti su un wafer di silicio e deposita uno strato TiN sul ti layer. Vedere la tabella 1 per i parametri di deposizione dei layer ti e Tin in HIPIMS.
  2. Au DNF preparazione su substrati Tin/si
    1. Collocare 24 mL di una soluzione di reagente comprendente acido cloroaurico da 10 mM (HAuCl4) e soluzione tampone di ossido tamponato comprendente 11,4% NH4F e 2,3% HF in un contenitore in teflon di dimensioni 5 cm x 5 cm x 5 cm.
    2. Immergere i substrati nella soluzione di miscelazione per 3 min.
    3. Rimuovere il campione e lavarlo con acqua deionizzata.
    4. Asciugare il campione utilizzando lo spray N2 e poi incubarlo a 120 ° c per 5 minuti per ottenere campioni di au Dnfs/Tin/si.
    5. Ripetere la preparazione au DNF 10x.

2. esame del campione

  1. Analisi di microscopia elettronica a scansione
    1. Tagliare il campione in 0,4 cm x 0,8 cm con una penna di tungsteno e pulirlo con lo spray N2 .
    2. Rivestire un sottile film di PT sul campione da un Coater di polverizzazione catodica ionico per 50 s.
    3. Collocare il campione preparato in uno strumento di microscopia elettronica a scansione (SEM).
    4. Ottenere immagini SEM dal microscopio elettronico a scansione e condurre l'analisi degli elementi21,22.
  2. Analisi della diffrazione dei raggi X
    1. Collocare il campione in uno strumento di diffrazione a raggi X (XRD).
    2. Ottenere modelli XRD21,22.

Risultati

La Figura 1 raffigura le immagini delle preparazioni di campioni di au Dnfs/Tin/si. Il wafer di silicio era bianco-argenté (Figura 1a). TiN/si era giallo dorato e aveva una superficie omogenea (Figura 1B), che indicava il rivestimento Tin uniforme sul wafer di silicio. Au DNFs/TiN/si era marrone giallastro e meno omogeneo sulla superficie (Figura 1C) a causa della distr...

Discussione

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 ...

Divulgazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Riconoscimenti

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.

Materiali

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

Riferimenti

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