Raman-Streuung der Schwefelbindung an Metalloberflächen

A Forschungsstudie von der Iowa State University untersuchten das Potenzial der gerichteten Raman-Streuungsspektroskopie zur Charakterisierung von selbstorganisierten Monoschichten (SAMs), die auf Gold- (Au) und Silberoberflächen (Ag) abgeschieden wurden. SAMs entstehen durch Absorption organischer Thiole (R-SH) auf Metalloberflächen und werden in mikroelektronischen Anwendungen eingesetzt, die eine präzise Oberflächenstrukturierung von Metallschichten erfordern.  

Im Vergleich zur oberflächenverstärkten Raman-Spektroskopie (SERS) hat sich gezeigt, dass die direktionale Raman-Streuungsspektroskopie eine genauere Charakterisierung von SAM ermöglicht. In dieser Studie wurde das SERS-Signal einer synthetisch hergestellten N-(6-Mercapto)hexylpyrindiniumchlorid-Monoschicht auf aufgerauten Au- und Ag-Oberflächen gemessen. Die Art der Monoschicht und die Anzahl der Au-S-Bindungseinheiten auf den Goldclustern beeinflussten die SERS-Spektren durch Verschiebung der Au-S-Banden zu höheren Frequenzen. Außerdem wurde festgestellt, dass der Au-S-Schwingungsbereich von 220 bis 350 cm reichen kann.^-1 aufgrund von Streckschwingungen. Die tangentiale Au-S-Schwingungsbindung zeigte eine schwächere Au-S-Bindung im Vergleich zu radialen Schwingungen. Die Ergebnisse bestätigten, dass der Au-S-Streckungsmodus im Vergleich zu den Ag-S-Bändern aufgrund der kürzeren Bindung und der stärkeren Affinität zwischen der Goldoberfläche und der Schwefelgruppe eine höhere Frequenz aufweist.

Die Metall-Schwefel-Schwingungsbindung einer Benzol-Monolschicht auf glatten Gold- und Silberoberflächen wurde mittels gerichteter Raman-Streuung untersucht. Von den in dieser Studie getesteten Metallschichten wurde die glatte, ebene Goldschicht von Platypus Technologies aus Metall abgeschieden. Eine 2 nm dicke Haftschicht aus Titan wurde auf einer Goldschicht abgeschieden. Zur Herstellung von SAMs auf den Metallschichten wurde eine Benzethiol-Lösung verwendet.

Elektromagnetische Wellen, die als Oberflächenplasmonenpolaritonen (SPPs) bekannt sind, werden erzeugt, wenn das Anregungslicht in einem bestimmten Winkel einfällt. Dies kann wiederum Raman-Streuung in den Molekülen verursachen, die auf der Metallschicht absorbiert werden. Ein SPP-Kegel kann entstehen, wenn Raman-Streulicht SPPs anregt. In dieser Arbeit wurde ein Weierstraß-Prisma verwendet, um das im SPP-Kegel erzeugte Streulicht zu sammeln. Für jede Schicht wurde das vom SPP-Kegel erzeugte gerichtete Raman-Signal ermittelt. Alle Metallfilme erzeugten starke gerichtete Signale, und die Winkel der SPP-Kegel wurden vor und nach der Absorption von Benzol bestimmt.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Einfalls- und SPP-Kegelwinkel nach der Immobilisierung einer Benzol-Monoschicht deutlich zunahmen. Auch die Au-S-Bindung auf dem Goldfilm wies nach der Immobilisierung von Benzol eine erhöhte Peakintensität auf. Um genaue gerichtete Raman-Signale anzuzeigen, wurden die im Experiment erfassten Einfallswinkel mit der berechneten Summe des quadrierten elektrischen Feldes und der Reflektivitätsberechnung verglichen. Die Genauigkeit lag bei ±0,01°, was auf eine genaue Signalerzeugung hindeutet.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die gerichtete Raman-Streuung die Charakterisierung von Monoschichten auf glatten Gold- und Silberoberflächen ermöglichen kann.  

Platypus Technologies bietet eine Reihe von Dienstleistungen zur Metallabscheidung. Hochreine, gleichmäßige und glatte Schichten werden durch E-Beam-Verdampfung hergestellt. Die Metallabscheidung erfolgt in einem hochkontrollierten Reinraum, der eine mögliche Verunreinigung durch Nanopartikel verhindert.

Referenz:

Gerichtete Raman-Streuungsspektren von Metall-Schwefel-Bindungen auf glatten Gold- und Silbersubstraten