橢偏儀在位表征電化學沉積的係統搭建（五）-Pb和Cu2O薄膜的電化學沉積

正文

橢偏儀(yi) 在位表征電化學沉積的係統搭建（五）-Pb和Cu₂O薄膜的電化學沉積

2.2 Pb和Cu2O薄膜的電化學沉積

實驗室前期係統研究了Pb的成核生長，並用於(yu) 鈣鈦礦太陽能電池的製備。前期的研究發現Pb在ITO基底上的生長過程屬於(yu) 漸進成核的島狀生長。

Cu₂O為(wei) 半導體(ti) 材料，其能隙與(yu) 生長條件有關(guan) ，大約在1.9-2.2eV。它具有吸收係數高、材料豐(feng) 富、無毒、製造成本低等優(you) 點，在太陽能轉換、電極材料、傳(chuan) 感器和催化等領域具有廣泛的国产成人在线观看免费网站前景。如圖1-7所示，是簡單的Cu₂O能帶模型，根據所涉及的價(jia) 帶和導帶，可以區分四個(ge) 激子序列，根據所涉及的波段，可以分為(wei) 黃、綠、藍和紫激子係列。在這個(ge) 模型中，激子的波函數包括所謂的包絡函數，它描述了電子和空穴的相對運動，以及所涉及能帶的Bloch函數。由於(yu) 電子和空穴的自旋(例如，黃色激子係列是四倍簡並的)以及電子自旋與(yu) 空穴之間交換相互作用的存在提升了簡並，並導致鄰位激子和對激子。除了簡單的能帶模型外，價(jia) 帶的各向異性色散對黃係激子有顯著的影響。各向異性色散導致了電子與(yu) 空穴和軌道的相對運動之間的耦合。

圖1-7 Cu₂O的能帶結構

Cu₂O根據其O空隙和Cu缺陷不同可分為(wei) n型或者P型半導體(ti) 如圖1-8所示。在Cu₂O中，銅空位出現淺的受主能級，氧間位形成深能級缺陷，形成能分別為(wei) 1.8eV、1.3eV。銅間位出現在深能級，形成能為(wei) 2.5eV左右。氧空位具有相對較低的形成能，但是它不穩定。通常情況下容易得到Cu空位P型Cu₂O半導體(ti) 。

圖1-8(a)為(wei) 銅多氧少(b)為(wei) 銅少氧多情況下Cu₂O本征缺陷的形成能

實驗室前期通過電化學沉積控製生長條件可得到n型的Cu₂O半導體(ti) 。如圖1-9所示，在特定的電壓、pH和溫度下才能實現Cu₂O的電化學沉積。前期研究發現在不同電壓下製備的薄膜有Cu₂O相、Cu-Cu₂O相和Cu相等不同的相。沉積電壓對Cu₂O薄膜的形貌、光學性質影響較大。隨著沉積電壓的變化，Cu₂O薄膜可從(cong) 片狀層疊的薄膜狀態變成顆粒聚集的薄膜狀態。另外Cu₂O得到薄膜的能隙約為(wei) Eg=1.76eV。此外，在不同溫度下都得到了n-Cu₂O(111)相的薄膜，且溫度不同也會(hui) 帶來沉積的Cu₂O薄膜形貌及光學性的不同。因此Cu₂O的生長過程較為(wei) 複雜，生長條件會(hui) 影響微觀結構和成分比例變化。

圖1-9(a)和(b)顯示了Cu₂O的電化學沉積與(yu) 沉積電壓、溫度和溶液pH有關(guan)

在位橢偏儀(yi) 法是利用橢偏儀(yi) 測量技術結合設計的電化學電解池對電極表麵產(chan) 生的變化進行監測，得到生成物質的光學常數、厚度等信息。目前在電化學薄膜生長、生物領域蛋白質等大分子吸附方麵的在位橢偏儀(yi) 監測，是通過構建光學層狀模型，通常利用有效介質模型(EMA)來解構材料的生長過程。橢偏儀(yi) 在位監控電化學沉積過程，包括單波長與(yu) 多波長掃描兩(liang) 種方式。單波長橢偏儀(yi) 在位監測原理是利用橢偏儀(yi) 測試得到的材料生長過程中的橢偏參數Psi和Delta(Δ)值隨時間(t)的變化，再通過有效介質模型設定生長層材料的體(ti) 積比f，從(cong) 而得到生長層的複合n，k值隨著t變化的曲線，從(cong) 而解析出電化學沉積過程中的成核和生長。因此電化學沉積過程中的生長解構，主要是通過建立生長層的光學模型以及生長過程中的EMA模型中體(ti) 積比設定來實現。比如層狀生長過程中，應將粗糙度的影響模型的建立中，如設定樣品和環境的體(ti) 積比例分別為(wei) 50%，從(cong) 而獲取生長層的厚度變化而獲取沉積過程中的生長速率(圖1-10(b))。比如2D島狀生長模式(圖1-10(a))，構建時間變化的覆蓋率用於(yu) 設定EMA模型中的體(ti) 積比，但是其時間覆蓋率設定為(wei) 線性的，沒有辦法解構電化學沉積初始時的漸進成核和瞬時成核。多波長掃描橢偏儀(yi) 在位檢測，可以給出顆粒大小等信息，但是其模型建立和模擬較為(wei) 複雜，采樣率受限。

圖1-10(a)二維島狀生長模型，考慮相幹疊加；(b)利用有效介質模型解析材料光學性質

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相關(guan) 文獻：

[1] WONG H S P, FRANK D J, SOLOMON P M et al. Nanoscale cmos[J]. Proceedings of the IEEE, 1999, 87(4): 537-570.

[2] LOSURDO M, HINGERL K. ellipsometry at the nanoscale[M]. Springer Heidelberg New York Dordrecht London. 2013.

[3] DYRE J C. Universal low-temperature ac conductivity of macroscopically disordered nonmetals[J]. Physical Review B, 1993, 48(17): 12511-12526. DOI:10.1103/PhysRevB.48.12511.

[4] CHEN S, KÜHNE P, STANISHEV V et al. On the anomalous optical conductivity dISPersion of electrically conducting polymers: Ultra-wide spectral range ellipsometry combined with a Drude-Lorentz model[J]. Journal of Materials Chemistry C, 2019, 7(15): 4350-4362.

[5] 陳籃，周岩. 膜厚度測量的橢偏儀(yi) 法原理分析[J]. 大學物理實驗, 1999, 12(3): 10-13.

[6] ZAPIEN J A, COLLINS R W, MESSIER R. Multichannel ellipsometer for real time spectroscopy of thin film deposition from 1.5 to 6.5 eV[J]. Review of Scientific Instruments, 2000, 71(9): 3451-3460.

[7] DULTSEV F N, KOLOSOVSKY E A. Application of ellipsometry to control the plasmachemical synthesis of thin TiONx layers[J]. Advances in Condensed Matter Physics, 2015, 2015: 1-8.

[8] DULTSEV F N, KOLOSOVSKY E A. Application of ellipsometry to control the plasmachemical synthesis of thin TiONx layers[J]. Advances in Condensed Matter Physics, 2015, 2015: 1-8.

[9] YUAN M, YUAN L, HU Z et al. In Situ Spectroscopic Ellipsometry for Thermochromic CsPbI3 Phase Evolution Portfolio[J]. Journal of Physical Chemistry C, 2020, 124(14): 8008-8014.

[10] 焦楊景.橢偏儀(yi) 在位表征電化學沉積的係統搭建.雲(yun) 南大學說是論文,2022.

[11] CANEPA M, MAIDECCHI G, TOCCAFONDI C et al. Spectroscopic ellipsometry of self assembLED monolayers: Interface effects. the case of phenyl selenide SAMs on gold[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2013, 15(27): 11559-11565. DOI:10.1039/c3cp51304a.

[12] FUJIWARA H, KONDO M, MATSUDA A. Interface-layer formation in microcrystalline Si:H growth on ZnO substrates studied by real-time spectroscopic ellipsometry and infrared spectroscopy[J]. Journal of Applied Physics, 2003, 93(5): 2400-2409.

[13] FUJIWARA H, TOYOSHIMA Y, KONDO M et al. Interface-layer formation mechanism in (formula presented) thin-film growth studied by real-time spectroscopic ellipsometry and infrared spectroscopy[J]. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 1999, 60(19): 13598-13604.

[14] LEE W K, KO J S. Kinetic model for the simulation of hen egg white lysozyme adsorption at solid/water interface[J]. Korean Journal of Chemical Engineering, 2003, 20(3): 549-553.

[15] STAMATAKI K, PAPADAKIS V, EVEREST M A et al. Monitoring adsorption and sedimentation using evanescent-wave cavity ringdown ellipsometry[J]. Applied Optics, 2013, 52(5): 1086-1093.

[16] VIEGAS D, FERNANDES E, QUEIRÓS R et al. Adapting Bobbert-Vlieger model to spectroscopic ellipsometry of gold nanoparticles with bio-organic shells[J]. Biomedical Optics Express, 2017, 8(8): 3538.

[17] ARWIN H. Application of ellipsometry techniques to biological materials[J]. Thin Solid Films, 2011, 519(9): 2589-2592.

[18] ZIMMER A, VEYS-RENAUX D, BROCH L et al. In situ spectroelectrochemical ellipsometry using super continuum white laser: Study of the anodization of magnesium alloy [J]. Journal of Vacuum Science & Technology B, 2019, 37(6): 062911.

[19] ZANGOOIE S, BJORKLUND R, ARWIN H. Water Interaction with Thermally Oxidized Porous Silicon Layers[J]. Journal of The Electrochemical Society, 1997, 144(11): 4027-4035.

[20] KYUNG Y B, LEE S, OH H et al. Determination of the optical functions of various liquids by rotating compensator multichannel spectroscopic ellipsometry[J]. Bulletin of the Korean Chemical Society, 2005, 26(6): 947-951.

[21] OGIEGLO W, VAN DER WERF H, TEMPELMAN K et al. Erratum to ― n-Hexane induced swelling of thin PDMS films under non-equilibrium nanofiltration permeation conditions, resolved by spectroscopic ellipsometry‖ [J. Membr. Sci. 431 (2013), 233-243][J]. Journal of Membrane Science, 2013, 437: 312..

[22] BROCH L, JOHANN L, STEIN N et al. Real time in situ ellipsometric and gravimetric monitoring for electrochemistry experiments[J]. Review of Scientific Instruments, 2007, 78(6).

[23] BISIO F, PRATO M, BARBORINI E et al. Interaction of alkanethiols with nanoporous cluster-assembled Au films[J]. Langmuir, 2011, 27(13): 8371-8376.

[24] 李廣立. 氧化亞(ya) 銅薄膜的製備及其光電性能研究[D]. 西南交通大學, 2016.

[25] 董金礦. 氧化亞(ya) 銅薄膜的製備及其光催化性能的研究[D]. 安徽建築大學, 2014.

[26] 張楨. 氧化亞(ya) 銅薄膜的電化學製備及其光催化和光電性能的研究[D]. 上海交通大學材料科 學與(yu) 工程學院, 2013.

[27] DISSERTATION M. Cellulose Derivative and Lanthanide Complex Thin Film Cellulose Derivative and Lanthanide Complex Thin Film[J]. 2017.

[28] NIE J, YU X, HU D et al. Preparation and Properties of Cu2O/TiO2 heterojunction Nanocomposite for Rhodamine B Degradation under visible light[J]. ChemistrySelect, 2020, 5(27): 8118-8128.

[29] STRASSER P, GLIECH M, KUEHL S et al. Electrochemical processes on solid shaped nanoparticles with defined facets[J]. Chemical Society Reviews, 2018, 47(3): 715-735.

[30] XU Z, CHEN Y, ZHANG Z et al. Progress of research on underpotential deposition——I. Theory of underpotential deposition[J]. Wuli Huaxue Xuebao/ Acta Physico - Chimica Sinica, 2015, 31(7): 1219-1230.

[31] PANGAROV n. Thermodynamics of electrochemical phase formation and underpotential metal deposition[J]. Electrochimica Acta, 1983, 28(6): 763-775.

[32] KAYASTH S. ELECTRODEPOSITION STUDIES OF RARE EARTHS[J]. Methods in Geochemistry and Geophysics, 1972, 6(C): 5-13.

[33] KONDO T, TAKAKUSAGI S, UOSAKI K. Stability of underpotentially deposited Ag layers on a Au(1 1 1) surface studied by surface X-ray scattering[J]. Electrochemistry Communications, 2009, 11(4): 804-807.

[34] GASPAROTTO L H S, BORISENKO N, BOCCHI N et al. In situ STM investigation of the lithium underpotential deposition on Au(111) in the air- and water-stable ionic liquid 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl)amide[J]. Physical Chemistry Chemical Physics, 2009, 11(47): 11140-11145.

[35] SARABIA F J, CLIMENT V, FELIU J M. Underpotential deposition of Nickel on platinum single crystal electrodes[J]. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2018, 819(V): 391-400.

[36] BARD A J, FAULKNER L R, SWAIN E et al. Fundamentals and Applications[M]. John Wiley & Sons, Inc, 2001.

[37] SCHWEINER F, MAIN J, FELDMAIER M et al. Impact of the valence band structure of Cu2O on excitonic spectra[J]. Physical Review B, 2016, 93(19): 1-16.

 [38] XIONG L, HUANG S, YANG X et al. P-Type and n-type Cu2O semiconductor thin films: Controllable preparation by simple solvothermal method and photoelectrochemical properties[J]. Electrochimica Acta, 2011, 56(6): 2735-2739.

[39] KAZIMIERCZUK T, FRÖHLICH D, SCHEEL S et al. Giant Rydberg excitons in the copper oxide Cu2O[J]. Nature, 2014, 514(7522): 343-347.

[40] RAEBIGER H, LANY S, ZUNGER A. Origins of the p-type nature and cation deficiency in Cu2 O and related materials[J]. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 2007, 76(4): 1-5.

[41] 舒雲(yun) . Cu2O薄膜的電化學製備及其光電化學性能的研究[D]. 雲(yun) 南大學物理與(yu) 天文學院，2019.