Керований синтез частинок благородних металів заданої морфології, форми, розмірів та розподілу на поверхні підкладок Si є важливою передумовою створення складніших структур, наприклад, нанодротів, які на сьогодні є одним з найперспективніших матеріалів для створення сучасних приладів наноелектроніки. Окрім того, керованість процесом гальванічного заміщення наночастинок Au на поверхні кремнію відкриває можливість для розроблення високоефективних сучасних сенсорних приладів, які працюють на основі ефекту поверхневого плазмонного резонансу, який, як відомо, залежить від розміру і форми наночастинок благородного металу.
Гальванічне заміщення є найбільш вивчене у водних розчинах у присутності HF. Проте гідроліз утворених сполук Силіцію, зміна рН, електровідновлення водню не завжди забезпечують кероване формування наночастинок металу. Тому як альтернативу, в останні роки досліджують процеси гальванічного заміщення у середовищі органічних розчинників, яке запобігає перебігу побічних хімічних й електрохімічних процесів. Середовище органічних апротонних розчинників сприяє формуванню сфероподібних частинок металу та 2D заповненню ними поверхні кремнію під час гальванічного заміщення. Пропонована робота присвячена вивченню впливу форми та розмірів наночастинок золота на формування кремнієвих наноструктур методом метал-каталітичного хімічного травлення (MacEtch).
Наведено результати досліджень процесу осадження наночастинок золота на поверхню кремнію методом гальванічного заміщення. Показано, що за гальванічного заміщення золота на кремнії з розчинів HAuCl4 у DMSO характерно утворення дискретних частинок сферичної форми з великим діапазоном розмірів (80…200 нм). За відновлення золота з комплексних іонів – [AuCl4]- (Кн=1·10-19) висока стійкість, яких спричиняє значну катодну поляризацію, спостерігається тенденція до утворення наночастинок до 150 нм з відносно невеликим діапазоном їх розмірів. Встановлено, що за підвищення температури гальванічного заміщення від 40 до 60 оС розміри частинок золота та геометрія осаду суттєво не змінюються. Спостерігається тенденція до агломерації наночастинок золота та збільшення щільності заповнення поверхні кремнію, що зумовлено послабленням адсорбції молекул апротонного органічного розчинника DMSO з осадом золота.
1. Nichkalo, S., Druzhinin, A., Evtukh, A., & Steblova, O. (2017). Silicon nanostructures produced by modified MacEtch method for antireflective Si surface. Nanoscale research letters, 12(1), 106.
2. Han, H., Huang, Z., & Lee, W. (2014). Metalassisted chemical etching of silicon and nanotechnology applications. Nanotoday, 9(3), 271–304.
3. Huang, Z., Geyer, N., Werner, P., De Boor, J., & G ö sele, U. (2011). Metal‐Assisted Chemical Etching of Silicon: A Review: In memory of Prof. Ulrich Gösele. Advanced materials, 23(2), 285–308.
4. Wu, H. L., Chen, C. H., & Huang, M. H. (2008). Seed-mediated synthesis of branched gold nanocrystals derived from the side growth of pentagonal bipyramids and the formation of gold nanostars. Chemistry of Materials, 21(1), 110–114.
5. Ashrafabadi, S., & Eshghi, H. (2018). Singlecrystalline Si nanowires fabrication by one-step metal assisted chemical etching: The effect of etching time and resistivity of Si wafer. Superlattices and Microstructures, 120, 517–524.
6. Huang Z., Geyer N., Werner P., de Boor J., and Gösele U. (2011). Metal-assisted chemical etching of silicon: A review. Advanced Materials, 23, 285–308.
7. Wu, H. L., Chen, C. H., & Huang, M. H. (2008). Seed-mediated synthesis of branched gold nanocrystals derived from the side growth of pentagonal bipyramids and the formation of gold nanostars. Chemistry of Materials, 21(1), 110–114.
8. Druzhinin, A., Yerokhov, V., Nichkalo, S., & Berezhanskyi, Y. (2016). Micro- and nanotextured silicon for antireflective coatings of solar cells. In Journal of Nano Research, 39, 89–95.
9. Balderas-Valadez, R. F., Agarwal, V., & Pacholski, C. (2016). Fabrication of porous siliconbased optical sensors using metal-assisted chemical etching. RSC Advances, 6(26), 21430–21434.
10. Duran J. M., Sarangan A. (2017). Fabrication of ultrahigh aspect ratio silicon nanostructures using selfassembled gold metal-assisted chemical etching. Journal of Micro/Nanolithography MEMS MOEMS, 16 (1), 014502.
11. Geyer, N., Fuhrmann, B., Huang, Z., de Boor, J., Leipner, H. S., & Werner, P. (2012). Model for the mass transport during metal-assisted chemical etching with contiguous metal films as catalysts. The journal of physical chemistry C, 116(24), 13446–13451.
12. Chen, J. M., Chen, C. Y., Wong, C. P., & Chen, C. Y. (2017). Inherent formation of porous ptype Si nanowires using palladium-assisted chemical etching. Applied Surface Science, 392, 498–502.
13. Zhang, C., Lin, K., Huang, Y., & Zhang, J. (2017). Graphene-Ag hybrids on laser-textured Si surface for SERS detection. Sensors, 17(7), 1462.
14. Huang, Z., Zhang, X., Reiche, M., Liu, L., Lee, W., Shimizu, T., & Gösele, U. (2008). Extended arrays of vertically aligned sub-10 nm diameter [100] Si nanowires by metal-assisted chemical etching. Nano letters, 8(9), 3046–3051. 15. Wei, Q., Shi, Y. S., Sun, K. Q., & Xu, B. Q. (2016). Pd-on-Si catalysts prepared via galvanic displacement for the selective hydrogenation of parachloronitrobenzene. Chemical Communications, 52(14), 3026–3029.
16. Djokić, S. S., & Cadien, K. (2015). Galvanic deposition of silver on silicon surfaces from fluoride free aqueous solutions. ECS Electrochemistry Letters, 4(6), D11–D13.
17. Fransaer, J., Vereecken, P. M., & Oskam, G. (Eds.). (2015, December). Semiconductors, Metal Oxides, and Composites: Metallization and Electrodeposition of Thin Films and Nanostructures 3. The Electrochemical Society.
18. Gutes, A., Laboriante, I., Carraro, C., & Maboudian, R. (2010). Palladium nanostructures from galvanic displacement as hydrogen peroxide sensor. Sensors and Actuators B: Chemical, 147(2), 681–686.
19. Carraro, C., Maboudian, R., & Magagnin, L. (2007). Metallization and nanostructuring of semiconductor surfaces by galvanic displacement processes. Surface Science Reports, 62(12), 499–525.
20. Gutés, A., Carraro, C., & Maboudian, R. (2011). Ultrasmooth gold thin films by self-limiting galvanic displacement on silicon. ACS applied materials & interfaces, 3(5), 1581–1584.
21. Sayed, S. Y., Wang, F., Malac, M., Meldrum, A., Egerton, R. F., & Buriak, J. M. (2009). Heteroepitaxial growth of gold nanostructures on silicon by galvanic displacement. ACS nano, 3(9), 2809–2817.
22. Kuntyi, O., Shepida, M., Sus, L., Zozulya, G., & Korniy, S. (2018). Modification of Silicon Surface with Silver, Gold and Palladium Nanostructures via Galvanic Substitution in DMSO and DMF Solutions. Chemistry & Chemical Technology, 12(3), 305–309.
23. Itasaka, H., Nishi, M., Shimizu, M., & Hirao, K. (2016). Growth of Nanogold at Interfaces between Locally Induced Naked Silicon Surfaces and Pure HAuCl4 Solutions. Journal of The Electrochemical Society, 163(14), D743–D746.
24. Dobrovets’ka, O. Y., Kuntyi, O. I., Zozulya, G. I., Saldan, I. V., & Reshetnyak, O. V. (2015). Galvanic deposition of gold and palladium on magnesium by the method of substitution. Materials Science, 51(3), 418–423.
25. Wang, Y. C., Lin, J. Y., Wang, C. H., Huang, P. L., Lee, S. L., & Chang, J. K. (2014). Formation of metal coatings on magnesium using a galvanic replacement reaction in ionic liquid. RSC Advances, 4(67), 35298–35301.
26. Simeonova, S., Georgiev, P., Exner, K. S., Mihaylov, L., Nihtianova, D., Koynov, K., & Balashev, K. (2018). Kinetic study of gold nanoparticles synthesized in the presence of chitosan and citric acid. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 557, 106–115.