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众所周知,半导体材料由于其性能的特殊性,己被广泛用于航天、航空、电子等诸多领域。氧化亚铜不仅是一种重要的化工原料,而且还是为数不多的几种能被可见光激发的p型半导体材料之一。由于具有良好的气敏性和压电性,材料本身无毒,原料廉价易得,理论光电转化效率高等特点,Cu2O可以做成薄膜作为光电窗口材料使用。然而,在实际中还未得到很大的开发利用,制约其应用的主要原因是晶体的粒径和表面形貌难以有效控制。电化学沉积法可以通过沉积电位或电流密度,沉积温度,溶液pH,以及外加添加剂等参数的改变来控制晶体的粒径和表面形貌。本文采用醋酸钠和醋酸铜为原料,以KCl为形貌控制剂,在酸性环境下通过电沉积法制备了Cu2O薄膜,并对其相关性能进行了研究。主要研究内容如下:
(1)ITO电极上KCl掺杂Cu2O薄膜的制备与表征。以CH3COONa/(CH3COO)2Cu为电解液体系,在弱酸性环境下,采用电沉积法在ITO电极上通过阴极还原制备了Cu2O薄膜。考察了溶液pH对Cu2O晶体的择优取向性的影响,以及KCl浓度对所制各的Cu2O晶体的表面形貌的影响,并探讨了电沉积过程中的速率控制步骤。
(2)ITO/纳米TiO2电极上KCl掺杂Cu2O薄膜的制备与表征。采用电沉积法,以纳米TiO2为基底材料,控制Cu2O晶体的粒径。研究了KCl浓度对所制备的Cu2O晶体的表面形貌的影响,探讨了KCl对Cu2O晶体的形貌控制机理并分析了Cu2O晶体的生长过程。
(3)Cu2O薄膜性能研究。分别以ITO和ITO/纳米TiO2上沉积的Cu2O为研究对象。研究了KCl浓度以及不同温度退火处理对Cu2O薄膜表面电阻率的影响;考察了不同退火温度处理对Cu2O的紫外一可见光吸收以及开路电压的影响;研究了KCl对Cu2O薄膜开路电压和导电类型的影响,并对其影响Cu2O半导体导电类型的机理作了初步探讨。