SiO 2 /Si衬底上Au纳米颗粒制备的研究

发布时间：2021-01-08 17:52

　　采用射频磁控溅射结合快速热退火的方法在SiO₂/Si衬底上制备Au纳米颗粒,研究了溅射条件、退火温度对Au纳米颗粒的尺寸及其分布的影响.结果表明,对于溅射后呈现分立且尺寸较小的Au纳米颗粒样品,其具有较好的热稳定性,而对于溅射后Au近似成膜的样品,Au颗粒随着退火温度的升高先减小后增大再减小,认为这是由于退火过程中存在着应力释放与表面能最小化2种竞争机制共同作用的结果;通过降低溅射功率,最终制备得到高密度（1.1×1012 cm-2）、小尺寸（<5nm）的Au纳米颗粒,并有望在金属纳米晶半导体存储器中得到应用. 

【文章来源】：厦门大学学报(自然科学版). 2016,55(06)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图１不同溅射时间样品表面ＳＥＭ图Ｆｉｇ．１ＳＥＭｇｒａｐｈｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｔｉｍｅ

厦门大学学报（自然科学版）２０１６年ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ真空度约为８×１０－５Ｐａ．在室温下当射频溅射功率为８０Ｗ，溅射转速为２０ｒ／ｍｉｎ时，分别溅射沉积６，１２，１８，２４，３０和４８ｓ的Ａｕ膜，得到不同溅射时间的Ａｕ／ＳｉＯ２／ｐ－Ｓｉ样品；再将样品放入快速热退火炉中，在Ｎ２环境中分别进行不同温度（４００～８００℃）６０ｓ的快速热退火（ｒａｐｉｄｔｈｅｒｍａｌａｎｎｅａｌｉｎｇ，ＲＴＡ）处理，研究退火温度对纳米颗粒的影响．此外，还在较低的溅射功率４０Ｗ下制备了溅射时间为１２ｓ的Ａｕ样品，并对其进行ＲＴＡ处理．本研究利用扫描电子显微镜（ｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＳＥＭ，Ｈｉｔａｃｈｉ－Ｓ４８００）对样品的表面形貌进行了测试和表征．２结果与讨论２．１不同溅射时间对Ａｕ薄膜形貌的影响溅射时间是影响Ａｕ纳米颗粒形貌的一个重要因素．如图１所示为８０Ｗ射频功率下沉积不同时间Ａｕ后样品的表面ＳＥＭ图．通过ＩｍａｇｅＪ图像分析软件对ＳＥＭ图进行分析，计算得到Ａｕ的覆盖率（Ａｕ覆盖的面积占总面积的比例）以及Ａｕ颗粒数密度随溅射时间的变化关系，如图２所示．从图１（ａ）和（ｂ）可见，当沉积时间从６ｓ增加到１２ｓ时，Ａｕ保持分立的颗粒状，覆盖率由１９％快速增加到３７％，与此同时，颗粒数密度由２．８×１０１１ｃｍ－２增加到６．２×１０１１ｃｍ－２，两者均增加了１倍

第６期许怡红等：ＳｉＯ２／Ｓｉ衬底上Ａｕ纳米颗粒制备的研究ｈｔｔｐ：∥ｊｘｍｕ．ｘｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ图３Ａｕ纳米颗粒形成示意图Ｆｉｇ．３ＳｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＡｕｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ加，Ａｕ岛之间可通过团聚或球形化来减小系统的表面能［４－５］．纵向百分比是指每种尺寸的颗粒数占总颗粒的百分比，下同．图４溅射时间为１２ｓ样品退火前后Ａｕ尺寸分布图及其相应的ＳＥＭ图Ｆｉｇ．４ＴｈｅｓｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＳＥＭｇｒａｐｈｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｗｉｔｈ１２ｓｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｔｉｍｅ上述不同溅射时间样品的表面呈现２种形貌类型，即分立的Ａｕ纳米颗粒和半连续薄膜．分别取Ａｕ颗粒分立且颗粒数密度最大的１２ｓ样品及呈现半连续薄膜形貌的４８ｓ样品进行不同温度（４００～８００℃）６０ｓ快速热退火处理，对样品退火后的表面形貌进行了测试，并对Ａｕ颗粒的尺寸分布、平均尺寸（Ｄ）和颗粒数密度进行统计计算．图４所示为溅射１２ｓ的样品退火前后的Ａｕ颗粒尺寸半高宽（ＨＦＷＨＭ），插图为相应的ＳＥＭ图．样品退火前，Ａｕ纳米的颗粒数密度为６．２×１０１１ｃｍ－２，经过４００，６００和８００℃退火后分别为５．８×１０１１，５．９×１０１１及５．７×１０１１ｃｍ－２，变化较小．此外，Ａｕ纳米颗粒退火前的平均尺寸为８．２６ｎｍ，经４００，６００，８００℃退火后分别为８．３４，８．３２，８．３６ｎｍ，也未发生明显的改变，

【参考文献】：
期刊论文
[1]不同衬底上Au纳米颗粒制备及其光学特性[J]. 张会均,黄凯,高娜,康俊勇.  厦门大学学报(自然科学版). 2013(03)



本文编号：2965036