橢偏儀在位表征電化學沉積的係統搭建（八）- 溶液的影響和固液界麵的影響

正文

橢偏儀(yi) 在位表征電化學沉積的係統搭建（八）- 溶液的影響和固液界麵的影響

4橢偏儀(yi) 在位監測電化學沉積的挑戰

橢偏儀(yi) 在位監測電化學沉積的挑戰主要分為(wei) ：溶液的影響和固液界麵的影響，以及裝置的設計。

4.1溶液

溶液對實現橢偏儀(yi) 在位監測電化學沉積薄膜主要會(hui) 帶來兩(liang) 方麵的影響，第1種是溶液的擾動，比如在開放的溶液體(ti) 係，溶液表麵的擾動可能會(hui) 對光產(chan) 生多種散射機製，從(cong) 而給測試帶來困難。另外是溶液中濃度變化所帶來的影響。當光波場頻率很大且溶液的濃度不太大時，光學常數折射率及消光係數有如下關(guan) 係式：

由朗伯定律與(yu) 光強度的定義(yi) 得吸收係數β與(yu) 消光係數k的關(guan) 係為(wei) ：

又由比爾定律知，當溶液濃度足夠小以至於(yu) 分子間相互作用能被忽略時，溶液吸收係數β與(yu) 溶液的濃度C成正比，即β=αC，α是與(yu) 濃度無關(guan) 由吸收物質分子的特性決(jue) 定的常數。因此可以得到溶液濃度與(yu) 其折射率之間的關(guan) 係式為(wei) ：

由以上推導可知光學常數n、k值和溶液濃度之間的關(guan) 係如式(1-11)所示，而橢偏儀(yi) 測量得到的參數ψ和Δ是光學常數n、k的函數，這意味著溶液直接影響著測試結果，不同濃度溶液帶來的影響不同。所以後續研究過程中溶液以及溶液濃度對測試結果的影響都是具有挑戰性的。

4.2固液界麵

橢偏儀(yi) 在位監測薄膜沉積過程中涉及多個(ge) 界麵，有空氣/觀察窗口界麵、觀察窗口/溶液界麵、溶液/沉積薄膜的固液界麵和薄膜/基底界麵。每一個(ge) 界麵都會(hui) 增加測試與(yu) 分析的難度，如何把複雜的體(ti) 係簡化成為(wei) 可模擬的光學模型是十分具有挑戰性的。

如圖1-15所示，金屬電極和電解液接觸麵存在電壓差，電子的分布會(hui) 隨其改變。通常情況下對於(yu) 金屬-電解質界麵處的電荷分布如圖1-15所示的簡單方案外，主要取決(jue) 於(yu) ：1.固體(ti) 的電子性質；2.水分子和水合陽離子的吸附；3.陰離子的化學吸附(表麵過量)；4.被国产成人在线观看免费网站的外部控製的電位。

圖1-15 電極與(yu) 電解液界麵電壓及電子示意圖

在沉積過程中，薄膜生長經曆納米尺度階段，而納米尺度的材料具有共同的電荷存儲(chu) 和轉移能力，在簡單的模型中，半導體(ti) 、金屬納米粒子和分子都可以作為(wei) 給體(ti) 、受體(ti) 或電子橋，如圖1-16所示。如等離子體(ti) 金屬納米粒子存在局部表麵等離子體(ti) 共振(LSPR)現象，它包括電子密度的耦合共振振蕩和一個(ge) 逐漸消失的電磁場(統稱為(wei) 等離子體(ti) 激元)，這些激元在粒子表麵附近被特定波長的入射光激發。LSPR導致了特征消光(吸收加散射)波段，可能跨越紫外、可見和近紅外部分的能譜。

圖1-16 金屬納米粒子在半導體(ti) 點和分子橋之間的電子轉移的圖示

因此在電化學沉積過程可能也會(hui) 存在襯底與(yu) 沉積物質的電荷轉移現象。這些界麵效應將會(hui) 給橢偏測試數據的分析與(yu) 提取增加難度。

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