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Mechanism of electroless deposition of metal nanostructures at a metal ion solution/silicon interface

Research Project

Project/Area Number 16K05933
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

NISHI Masayuki  京都大学, 工学研究科, 講師 (50402962)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords金ナノ粒子 / 無電解 / シリコン / 集束イオンビーム / ラマン分光 / ナノ材料 / 結晶成長 / 表面界面物性
Outline of Final Research Achievements

Gold grows area-selectively on focused-ion-beam (FIB)-irradiated areas of silicon surfaces in response to exposure of the silicon to chloroauric acid. To understand the mechanism of this phenomenon, we used time-of-flight secondary ion mass spectrometry (TOF-SIMS). TOF-SIMS showed that slight increase in the thickness of silicon oxide layer, less than 1 nm, occurs on the non-irradiated surface from FIB-irradiated region up to 50 μm. This explains 90% of the total amount of gold that grew for two hours on 10 μm square FIB-irradiated area.
We applied our method to growth of gold at the tip apex of commercially available probes for atomic force microscopy. The growth of gold was tailored to probes for tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) by adding sodium chloride to chloroauric acid. In fact, TERS imaging was successfully performed at the spatial resolution of 10 nm for carbon nanotubes on gold thin film.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

基板上に金を形成する手法の一つであるシリコン基板への無電解金メッキでは、局所選択的であるかどうかに関わらず、いつもフッ化水素酸が使用されてきた。本手法はフッ化水素酸を使用しない単純な反応系を用いており、本手法における金の成長機構を理解することは半導体/溶液界面での現象をより深く理解することにつながる。
ナノスケールでのラマン分光測定法であるチップ増強ラマン分光は材料開発や現象理解に有用なツールである。しかし、現状は探針の性能に課題があるため普及には至っていない。本成果は探針開発における新たな視点を与える。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2019 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (5 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Focused-ion-beam-enabled electroless growth of gold nanoparticles on silicon2018

    • Author(s)
      NISHI Masayuki
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 126 Issue: 8 Pages: 614-624

    • DOI

      10.2109/jcersj2.18042

    • NAID

      130007428599

    • ISSN
      1348-6535, 1882-0743
    • Year and Date
      2018-08-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Nanoscale Raman Imaging with Nanogold-Topped AFM Probes Fabricated by Area-Selective Electroless Deposition2018

    • Author(s)
      Itasaka Hiroki、Nishi Masayuki*、Shimizu Masahiro、Okuno Yoshito、Kashiwagi Shinsuke、Naka Nobuyuki、Hirao Kazuyuki
    • Journal Title

      Journal of The Electrochemical Society

      Volume: 165 Issue: 14 Pages: D711-D715

    • DOI

      10.1149/2.0561814jes

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 私がFIBを使用した理由: シリコン表面での局所選択的な金ナノ構造成長とその体積評価2019

    • Author(s)
      西 正之
    • Organizer
      京都産学公共同研究拠点「知恵の輪」先端光加工プロジェクト京都レーザーテックオープンデイ「集束イオンビーム・走査電子顕微鏡加工観察装置セクション」
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Focused-Ion-Beam-Enabled Electroless Metal Deposition on Silicon and Fabrication of Probes for Tip-Enhanced Raman Spectroscopy2018

    • Author(s)
      Masayuki Nishi
    • Organizer
      CIMTEC2018 14th International Ceramics Congress (Perugia, Italy)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 金ナノ構造の局所選択的無電解成長によるナノラマン分光探針の作製2017

    • Author(s)
      板坂 浩樹,西 正之,清水 雅弘,奥野 義人,柏木 伸介,中 庸行,平尾 一之
    • Organizer
      日本セラミックス協会 2017年年会
    • Place of Presentation
      日本大学(東京都千代田区)
    • Year and Date
      2017-03-17
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] シリコン-塩化金酸水溶液界面での金成長機構: ToF-SIMSによるシリコン表面分析2017

    • Author(s)
      則松 和良、西 正之、板坂 浩樹、ビスバル ヘイディ、清水 雅弘、平尾一之
    • Organizer
      日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] AFM-probe apex-selective electroless deposition of gold and nano-Raman imaging2016

    • Author(s)
      H. Itasaka, M. Nishi, M. Shimizu, Y. Okuno, S. Kashiwagi, N. Naka, and K. Hirao
    • Organizer
      RSC Tokyo International Conference 2016
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県千葉市)
    • Year and Date
      2016-09-08
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Si基板上での局所選択的無電解Auナノ構造形成法2016

    • Author(s)
      西正之,板坂浩樹,清水雅弘,平尾一之
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Remarks] 西正之 - Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/7000008457/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 西正之 - 京都大学 教育研究活動データベース

    • URL

      http://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/oX1hY

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 京都大学大学院工学研究科材料化学専攻機能材料設計学講座

    • URL

      http://www1.kuic.kyoto-u.ac.jp

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 西 正之(京都大学教育研究活動データベース)

    • URL

      https://kyouindb.iimc.kyoto-u.ac.jp/j/oX1hY

    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Remarks] 京都大学大学院工学研究科材料化学専攻無機構造化学分野ホームページ

    • URL

      http://www1.kuic.kyoto-u.ac.jp/

    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 探針の製造方法及び探針2016

    • Inventor(s)
      西正之、平尾一之、寺西大介、板坂浩樹、奥野義人、中田靖、中庸行
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人京都大学、株式会社堀場製作所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-130615
    • Filing Date
      2016-06-30
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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