金纳米粒子可激活TiO2 异质结中电荷载流子，可应用在氢经济领域

国际科学小组进行了基于二氧化钛的半导体实验
图片来源：圣彼得堡彼得大帝理工大学

来自圣彼得堡彼得大帝理工大学（SPbPU）、汉诺威莱布尼兹大学（莱布尼茨大学汉诺威分校）和俄罗斯科学院Ioffe研究所的国际科学家团队，报告了一种提升纳米复合材料性能的方法，为应用带来新的可能。这项名为“金纳米粒子激活的TiO2 -n-Si异质结中电荷载流子生成机制”的研究发表在杂志《Semiconductor Science and Technology》中。

该研究致力于探索基于二氧化钛的复合半导体。其应用受到全世界研究人员的广泛关注。但该材料中发生的过程非常复杂。因此，为更有效地利用半导体，必须确保其层间包围的能量可以被释放和传输。

在实验框架内，研究人员提出了一个定性模型来阐明所发生的复杂过程。他们使用的复合材料包括：硅晶片（电子器件中使用的标准硅晶片）、金纳米粒子和薄的二氧化钛层。在材料内部能量传递的实验中，研究人员打算从硅中分离出金纳米粒子。如果没有从硅晶片中分离出金纳米颗粒，那么能量就不能传递到硅或二氧化钛上，导致能量损失。

“所获得的材料是在其表面上长有柱状结构的硅晶片，它被用作样品基底。金纳米粒子位于这些柱子的顶部，整个结构涂有氧化钛。因此，金纳米粒子仅与二氧化钛接触，同时又从硅中分离出来。层与层之间的接触面积减小，同时我们也试图描述材料中所发生的过程。此外，我们还假设这种结构会提高光能利用率以照亮我们材料的表面，”SPbPU微系统设备部物理、化学和技术教授Maxim Mishin博士这样说道。

研究人员提出了一个定性模型来阐明材料中发生的复杂过程
图片来源：圣彼得堡彼得大帝理工大学

在圣彼得堡，一个国际科学小组建立了一个新结构的模型，然后在汉诺威创建了结构的主要部分：一个表面长有柱子的硅片以及位于其上的金纳米粒子。

实验进行如下。首先，晶片被氧化，然后在上面覆盖一层基板，并在基板上放置金纳米颗粒。“在那之后，我们面临下一个任务：在晶片表面创建柱子，因此需要对底物进行蚀刻，使它留在粒子下面，而不是在粒子之间。”考虑到我们研究的尺度是纳米级别——金纳米颗粒的直径约为10纳米，而支柱的高度为80纳米。这是一项极为艰巨的任务。现代纳米电子学的发展使得使用所谓的“干”蚀刻方法成为可能，比如反应离子蚀刻。

据科学家称，该实验过程并不是想象的那么轻松。在实验的第一阶段，在使用离子蚀刻的同时，所有金纳米颗粒都被简单地从氧化晶片上去除。在一周的时间里，研究人员正在选择蚀刻等离子体系统的参数，以便金纳米粒子保留在表面上。整个实验在10天内进行。