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要約

本研究は、窒化チタン/シリコン基板上に金樹状 nanoforests を合成するための実現可能な手順を提示する。金樹状 nanoforests の厚さは、合成反応の15分以内に直線的に増加します。

要約

本研究では、シリコン (Si) ウエハ上にフラットでしっかりとした窒化チタン (TiN) 膜をコーティングするために、高出力インパルスのマグネトロンスパッタリングシステムを用いており、金の迅速かつ容易な沈着のためにフッ化物アシスト電位置換反応 (FAGRR) が用いられています。錫/Si 基板上の樹状 nanoforests (Au DNFs)。スズ/Si および Au DNFs/スズ/Si サンプルの走査電子顕微鏡 (SEM) 画像およびエネルギー分散 X 線分光パターンは、合成プロセスが正確に制御されていることを検証します。この試験における反応条件下では、Au DNFs の厚さは、反応の15分以内に5.10 ±0.20 μ m に直線的に増加する。従って、使用された合成のプロシージャは Au の DNFs/錫/Si の複合材料を準備するための簡単で、急速なアプローチである。

概要

金ナノ粒子は、ナノ粒子1、2、3、4のサイズおよび形状に応じて、特徴的な光学的特性および局在性表面プラズモン共鳴 (LSPRs) を有する。さらに、金ナノ粒子は、プラズモニック光触媒反応を顕著に増強することができる5。金ナノ粒子を用いた樹状 nanoforests 積層は、その注目すべき比表面積と強い LSPR 強化のためにかなりの注目を受けている6,7,8,9 、10、11、12、13。

錫は非常に硬いセラミック材料であり、熱、化学、および機械的安定性に優れています。錫は特徴的な光学的特性を有しており、可視近赤外光14,15のプラズモニックアプリケーションに使用できます。研究は、スズが Au ナノ構造体16と同様に電磁界拡張を生成できることを示した。銅17または銀18,19,20の塗布用錫基質への堆積が実証されている。しかし、Au/TiN 複合材料を応用した研究はほとんど行われていない。Shiao et al. は最近、photoelectrochemical 細胞21および化学分解22のための Au DNFs/錫複合材料の潜在的応用を示した。

Au は、FAGRR23を用いて錫基材上で合成することができる。スズの Au DNFs の堆積条件は、アプリケーションの性能において非常に重要です。本研究では、錫被覆 Si 基板における Au DNFs の成長について検討する。

プロトコル

1. サンプル調製

  1. ハイパワーインパルスマグネトロンスパッタリングシステムを用いた錫基板製剤
    1. 4インチ n 型シリコンウエハを 2 cm x 2 cm のサンプルに切断します。
    2. アセトン、isopropanol、および脱イオン水を使用してサンプルを洗浄してください。
    3. N2スプレーで5分間乾燥させてください。
    4. 洗浄した Si サンプルをサンプルホルダに置き、高出力インパルスマグネトロン (HiPIMS) チャンバーにサンプルホルダを置きます。
    5. スパッタリングカソードに直径4インチのチタンターゲットを配置します。
    6. 機械式ポンプとクライオポンプを使用して、チャンバの圧力を 8 x 10-6 Torr 未満に下げます。
    7. HiPIMS を使用して、シリコンウエハ上に Ti 層を堆積させるとともに、Ti 層上にスズ層を堆積します。HiPIMS の Ti および TiN 層の堆積パラメータについては、表 1を参照してください。
  2. AU DNF錫/Si 基板の準備
    1. 10 mM chloroauric 酸 (HAuCl4) と、11.4% NH4F および 2.3% HF を含む緩衝酸化物エッチャント溶液を、5 cm x 5 cm x 5Cm を測定するテフロン容器に 24 mL 入れます。
    2. 基板を混合溶液に3分間浸します。
    3. 試料を取り出し、脱イオン水で洗浄してください。
    4. N2 スプレーでサンプルを乾燥させ、120° c で5分間インキュベートして、Au DNFs/錫/Si サンプルを得ます。
    5. Au DNF 準備10x を繰り返します。

2. 検体検査

  1. 走査型電子顕微鏡分析
    1. 試料をタングステンペンで 0.4 cm x 0.8 cm に切り、N2 スプレーで洗浄します。
    2. 50 s のイオンスパッタリングコーティングによってサンプル上の薄い Pt フィルムをコーティングします。
    3. 調製した試料を走査型電子顕微鏡 (SEM) 器具に入れます。
    4. 走査型電子顕微鏡により SEM 画像を取得し、要素解析21,22を行う。
  2. X 線回折解析
    1. X 線回折 (XRD) 器具に試料を入れます。
    2. XRD パターン21、22を得る。

結果

図 1は、Au DNFs/錫/Si 試料調製物の画像を示しています。シリコンウエハは銀白色であった (図 1a)。スズ/Si は金色の黄色であり、均質な表面を有していた (図 1b)、これはシリコンウエハ上の均一スズ被覆を示した。Au DNFs/スズ/Si は、Au DNFs のランダム分布のため、表面には黄色がかった茶色であり、均?...

ディスカッション

本研究では、FAGRR を用いて TiN/Si 表面に複数の分岐サイズを持つ Au DNFs を装飾した。Au DNFs の堆積は、色の著しい変化によって直接識別することができる。スズ/Si の Au DNFs の厚さは15分以内に5.10 ±0.20 μ m に増加し、この厚さの増加は、次の線形方程式を用いて表現することができます: y = 0.296t + 0.649、ここで時間は1から15分に変化しました。

FAGRR では、金属...

開示事項

作者は何も開示することはありません。

謝辞

この作品は、契約番号のほとんど 105-2221-E-492-003-MY2 とほとんどの 107-2622-E-239-002-CC3 の下で、台湾の科学技術省によって支持されました。

資料

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

参考文献

  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).

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