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电化学共沉积ZnSe薄膜材料及抑氢机理研究

作　者: 张成光
导　师: 刘传绍；缪娟
学　校: 河南理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电化学共沉积 ZnSe薄膜化学计量比抑氢
分类号: TB43
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

ZnSe是重要的、优良的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料,它具有直接跃迁型能带结构,禁带为2.7eV,宽的透光范围(0.5～22μm),较高的发光效率,低的吸收系数等优点,是一种制备可见光发射器件的优选材料,应用于蓝绿发光半导体二极管,光致发光和电致发光仪器,激光和薄膜太阳能电池等,所以,ZnSe薄膜一直是研究的热点。首先,根据电化学原理,从理论上阐述了两种或两种以上元素电化学共沉积的原理,并对ZnSe薄膜成分与电化学共沉积参数(PH值、离子的浓度比、电流密度、络合剂、温度、时间)的依赖关系进行了理论分析。然后,设计电化学共沉积实验方案以及电化学共沉积装置,以不锈钢作为阳极材料、铜作为阴极衬底材料,在硫酸锌和亚硒酸钠电解液溶液中进行ZnSe薄膜生长条件系列实验,为了进一步研究电沉积参数对薄膜成分和形貌的影响,采用了正交试验方法,对PH值、离子的浓度比、电流密度、络合剂、温度、时间等沉积参数进行了进一步详细研究,得到了最佳电化学沉积参数。用分光光度计、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能量散射分析(EDAX)和X-射线衍射仪(XRD)对薄膜的成分、形貌和结构进行分析和表征,该ZnSe薄膜的化学计量比接近1:1并且为多晶薄膜。本文还对ZnSe阴极抑氢机理进行了探讨,通过对阴极极化曲线的研究,表明ZnSe的氢析出过电位更大,也即它能抑制氢气的析出,由于sp~3杂化轨道的存在使ZnSe晶体具有共价键晶体的特性,使得氢原子更不容易吸附。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-22
  1.1 课题来源与背景  10
  1.2 ZnSe薄膜的基本特性及应用  10-13
    1.2.1 ZnSe薄膜的基本特性  10-12
    1.2.2 ZnSe薄膜的基本应用  12-13
  1.3 电化学沉积简介  13
  1.4 ZnSe制备技术研究现状  13-17
    1.4.1 化学气相沉积法（CVD）  13-14
    1.4.2 金属有机物化学气相沉积法（MOCVD）  14
    1.4.3 物理气相沉积法（PVD）  14
    1.4.4 分子束外延生长法（MBE）  14-15
    1.4.5 热壁外延法（HWE）  15
    1.4.6 化学浴沉积法（CBD）  15-16
    1.4.7 脉冲激光沉积法（PLD）  16
    1.4.8 光化学沉积法（PCD）  16
    1.4.9 原子层外延生长法（ALE）  16-17
  1.5 国外电化学沉积ZnSe薄膜研究现状  17-19
    1.5.1 酸性体系电沉积制备ZnSe薄膜  17
    1.5.2 电沉积掺杂制备p、n 型ZnSe薄膜  17-18
    1.5.3 三维体系电沉积制备ZnSe薄膜  18
    1.5.4 固熔体系电沉积制备ZnSe薄膜  18-19
  1.6 本课题的主要研究内容  19-20
  1.7 本章小结  20-22
2 电化学共沉积理论  22-34
  2.1 电化学共沉积原理  22-33
    2.1.1 电极电位  23-28
    2.1.2 过电位  28-33
  2.2 电化学沉积物转化为合成物的热力学分析  33
  2.3 本章小结  33-34
3 电化学共沉积ZnSe薄膜实验  34-48
  3.1 实验方案的设计  34
  3.2 实验装置与原料  34-36
    3.2.1 实验装置的设计  34-35
    3.2.2 电解液的组成  35
    3.2.3 电极的处理  35-36
  3.3 实验参数的分析与选择  36-42
    3.3.1 浓度比的分析与选择  36-40
    3.3.2 络合剂的分析与选择  40-41
    3.3.3 pH 值的分析与选择  41
    3.3.4 电流密度的分析与选择  41-42
    3.3.5 沉积温度的分析与选择  42
    3.3.6 沉积时间的分析与选择  42
  3.4 测试与表征  42-47
    3.4.1 分光光度计  42-44
    3.4.2 扫描电子显微镜  44-46
    3.4.3 X-射线衍射  46-47
  3.4 本章小结  47-48
4 实验结果与分析  48-66
  4.1 沉积参数对ZnSe薄膜成分的影响  48-55
    4.1.1 pH 值对ZnSe薄膜成分的影响  48-49
    4.1.2 电流密度对ZnSe薄膜成分的影响  49-50
    4.1.3 沉积时间对ZnSe薄膜成分的影响  50-52
    4.1.4 Zn~(2+)/Se0_3~(2-)浓度比对ZnSe薄膜成分的影响  52-53
    4.1.5 柠檬酸钠对ZnSe薄膜成分的影响  53-54
    4.1.6 温度对ZnSe薄膜成分的影响  54-55
  4.2 电沉积ZnSe薄膜的正交试验设计  55-62
    4.2.1 正交试验设计  55-57
    4.2.2 ZnSe薄膜成分分析  57-60
    4.2.3 ZnSe薄膜形貌分析  60-62
  4.3 ZnSe薄膜表征  62-64
    4.3.1 扫描电子显微镜分析  62-63
    4.3.2 X-射线衍射分析  63-64
    4.3.3 薄膜附着力测试  64
    4.3.4 薄膜厚度的测试  64
    4.3.5 电阻的测试  64
  4.4 本章小结  64-66
5 ZnSe阴极抑氢机理探讨  66-70
  5.1 氢析出反应机理  66-67
  5.2 实验研究方法  67
  5.3 不同电极对析氢过电势的影响  67-69
  5.4 本章小结  69-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 论文完成的主要结论  70
  6.2 今后工作展望  70-72
参考文献  72-78
附录  78-86
致谢  86

电化学共沉积ZnSe薄膜材料及抑氢机理研究

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