半導(dǎo)體材料的電沉積制備及其形貌控制研究.pdf

1、眾所周知，半導(dǎo)體材料具有許多金屬導(dǎo)體材料所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，己被廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子等諸多領(lǐng)域。Cu<,2>O是一種P型半導(dǎo)體材料，具有特殊的光學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，在太陽能轉(zhuǎn)換和催化等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用。Cu<,2>O能光催化降解有機(jī)污染物，在可見光作用下分解水成氫氣和氧氣。Cu<,2>O亞微球還可作為鋰離子電池負(fù)極材料。CuBr是具有很低局部電子傳導(dǎo)率的良好的離子導(dǎo)體和具有不尋常光致發(fā)光性質(zhì)的寬帶隙半導(dǎo)體，從而引起了人們的極大興趣。CuBr

2、已經(jīng)用于有機(jī)合成的催化劑，電池，氣體傳感器和激光器。因此，研究Cu<,2>O和CuBr的制備具有非常重要的意義。電沉積法是一個(gè)很好的溶液過程，可以用來在水溶液或非水溶劑中沉積各種半導(dǎo)體薄膜。同其他方法相比，電沉積的優(yōu)勢在于低溫，低成本，能控制顆粒的尺寸，形貌和沉積薄膜的特性，并可能發(fā)展為規(guī)模生產(chǎn)的濕化學(xué)過程。本文采用電沉積法制備Cu<,2>O和CuBr薄膜，借助于XRD、SEM、TEM、PL等現(xiàn)代測試技術(shù)對(duì)材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、形貌和光學(xué)性質(zhì)

3、進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究。本文的主要研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面： (1)室溫離子液體中電沉積形貌可控的Cu<,2>O薄膜。眾所周知，材料的粒徑和形貌對(duì)它們的性能有很大影響。合成尺寸和形貌可控的材料對(duì)它們的應(yīng)用至關(guān)重要。對(duì)無機(jī)晶體，形貌的調(diào)節(jié)尤為重要，因?yàn)闊o機(jī)晶體的電子結(jié)構(gòu)，化學(xué)健，表面能，化學(xué)反應(yīng)都直接與它們的形貌有關(guān)。本文以Cu(NO<,3>)<,2>水溶液為電解液電沉積Cu<,2>O，成功將離子液體應(yīng)用到Cu<,2>O的電

4、沉積過程中，證實(shí)了具有截角八面體、八面體和球形形貌的Cu<,2>O晶體可以通過在電解液中加入少量[MEIM]<'+>[ES]<'->離子液體來獲得，并討論了形成不同形貌的可能機(jī)理。我們的研究為離子液體控制合成其它半導(dǎo)體材料提供了新的和容易做到的路線。這一體系在諸如催化，傳感器和光電子等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。 (2)在ITO導(dǎo)電襯底上室溫電沉積高取向的CuBr薄膜?；跉庀嗉夹g(shù)目前已經(jīng)發(fā)展了一些制備CuBr薄膜的方法，如無線電頻率

5、磁濺射法，分子束外延和高真空沉積法。然而，這些方法要求高溫，高真空，復(fù)雜的設(shè)備和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)程序，極大的阻礙了它們的普遍應(yīng)用。在本文中，設(shè)計(jì)了以兩種不同的電解液為反應(yīng)前驅(qū)體，在室溫下，用簡單的電化學(xué)沉積過程制備出了CuBr晶體。XRD分析結(jié)果表明：電沉積的CuBr晶體在(111)面方向顯示了強(qiáng)烈的優(yōu)先取向。PL分析結(jié)果表明：一個(gè)強(qiáng)的發(fā)射峰出現(xiàn)在2.94eV和一個(gè)小的發(fā)射峰出現(xiàn)在3.32eV。2.94eV的峰是由CuBr的束縛激子發(fā)光產(chǎn)生的

6、，而3.32eV的峰是由CuBr的自由激子發(fā)光產(chǎn)生的，束縛激子的發(fā)光強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自由激子的發(fā)光強(qiáng)度。通過[Bmim][BF<,4>]離子液體來調(diào)控電沉積CuBr的晶體形貌，進(jìn)一步研究晶體尺寸，形貌和取向?qū)﹄姵练eCuBr晶體光學(xué)和導(dǎo)電性質(zhì)的影響是很有趣的。簡單的電化學(xué)過程也可以推廣到生長其它的金屬鹵化物，如CuCl，CuI，和稀土元素鹵化物。 (3)通過電沉積Cu<,2>O化學(xué)反應(yīng)制備CuBr。在第五章中，設(shè)計(jì)了另外一種制備CuB

7、r的方法，稱之為Cu<,2>O薄膜轉(zhuǎn)化法。即CuBr可以由電沉積的Cu<,2>O在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化得到。首先以Cu(NO<,3>)<,2>水溶液為電解液，在一定條件下電沉積出Cu<,2>O薄膜，然后Cu<,2>O薄膜與HBr酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為CuBr薄膜。這一方法的提出將電沉積和化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來，也為CuBr薄膜的規(guī)模制備提供了一種簡單可行的方法。 通過本文研究，得到了具有新形貌和光學(xué)特性的Cu<,2>O和CuBr薄