半導體材料的電沉積制備及其形貌控制研究.pdf

1、眾所周知，半導體材料具有許多金屬導體材料所無法比擬的優(yōu)點，己被廣泛應用于航天、航空、電子等諸多領域。Cu<,2>O是一種P型半導體材料，具有特殊的光學和磁學性質，在太陽能轉換和催化等領域有潛在應用。Cu<,2>O能光催化降解有機污染物，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極材料。CuBr是具有很低局部電子傳導率的良好的離子導體和具有不尋常光致發(fā)光性質的寬帶隙半導體，從而引起了人們的極大興趣。CuBr

2、已經(jīng)用于有機合成的催化劑，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)模生產的濕化學過程。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)代測試技術對材料的結構特點、形貌和光學性質

3、進行了較為系統(tǒng)的研究。本文的主要研究內容及創(chuàng)新點包括以下幾個方面： (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它們的性能有很大影響。合成尺寸和形貌可控的材料對它們的應用至關重要。對無機晶體，形貌的調節(jié)尤為重要，因為無機晶體的電子結構，化學健，表面能，化學反應都直接與它們的形貌有關。本文以Cu(NO<,3>)<,2>水溶液為電解液電沉積Cu<,2>O，成功將離子液體應用到Cu<,2>O的電

4、沉積過程中，證實了具有截角八面體、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理。我們的研究為離子液體控制合成其它半導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域有廣闊的應用前景。 (2)在ITO導電襯底上室溫電沉積高取向的CuBr薄膜?；跉庀嗉夹g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，復雜的設備和嚴格的實驗程序，極大的阻礙了它們的普遍應用。在本文中，設計了以兩種不同的電解液為反應前驅體，在室溫下，用簡單的電化學沉積過程制備出了CuBr晶體。XRD分析結果表明：電沉積的CuBr晶體在(111)面方向顯示了強烈的優(yōu)先取向。PL分析結果表明：一個強的發(fā)射峰出現(xiàn)在2.94eV和一個小的發(fā)射峰出現(xiàn)在3.32eV。2.94eV的峰是由CuBr的束縛激子發(fā)光產生的

6、，而3.32eV的峰是由CuBr的自由激子發(fā)光產生的，束縛激子的發(fā)光強度遠遠高于自由激子的發(fā)光強度。通過[Bmim][BF<,4>]離子液體來調控電沉積CuBr的晶體形貌，進一步研究晶體尺寸，形貌和取向對電沉積CuBr晶體光學和導電性質的影響是很有趣的。簡單的電化學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化學反應制備CuBr。在第五章中，設計了另外一種制備CuB

7、r的方法，稱之為Cu<,2>O薄膜轉化法。即CuBr可以由電沉積的Cu<,2>O在一定條件下發(fā)生化學反應轉化得到。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)生化學反應轉化為CuBr薄膜。這一方法的提出將電沉積和化學反應結合起來，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特性的Cu<,2>O和CuBr薄