Solution-based deposition of bare Au nanostructures onto H-terminated Si and wet-etching of Si wafers for optoelectronics

Abstract

In this work, we fabricated and studied wet chemically thinned Hterminated silicon substrates decorated with plasmonic AuNPs. The goal of this research was to pursue a deposition method that consistently generated AuNP submonolayer structures on an H-terminated silicon surface. Drop-casting, spin-coating and dip-coating deposition methods of AuNPs on both pristine and thinned silicon substrates were employed and compared. Thinned silicon substrates were produced via wet chemical (KOH) etching to thicknesses down to 50 m. The AuNPs were produced via pulsed laser ablation in liquid (PLAL) and span in the <50 nm range. The dip-coating method yielded the most consistent and reproducible AuNP submonolayer formations. Both H₂O and THF were used and studied as solvents for the AuNP depositions. THF-based solutions produced spread out and uniform depositions. Dip-coating depositions using a THF-based solution synthesised under PLAL for 90 minutes yielded the highest surface coverage (38%) of all the deposition methods studied.

No presente trabalho, fabricamos e estudamos substratos de Si quimicamente causticados com terminação de hidrogénio decorados com nanopartículas de ouro plasmónicas. O objetivo desta investigação é perseguir um método de deposição que crie consistentemente estruturas sub-monocamada de nanopartículas de ouro numa superfície de Si terminada com hidrogénio. Foram empregues e comparados os métodos de drop-casting, spin-coating e dip-coating em substratos de Si não processados e quimicamente causticados. Substratos quimicamente causticados foram produzidos pelo método de ataque químico por KOH, produzindo substratos com espessuras inferiores a 50 m. As nanopartículas de ouro foram produzidas via pulsed ablation in liquid (PLAL) e têm dimensões na gama de <20 nm. O método de dipcoating produziu as estruturas sub-monocamada de nanopartículas de ouro mais consistentes e reprodutíveis. H₂O e THF foram usados e estudados enquanto solventes para as deposições de nanopartículas de ouro. As deposições por dip-coating com THF enquanto solvente sintetizadas por PLAL durante 90 minutos produziram a maior cobertura de superfície (38%) de todos os métodos estudados.