电化学沉积法制备纳米ZnO薄膜的研究进展.doc

电化学沉积法制备纳米ZnO薄膜的研究进展 摘要： ZnO薄膜是一种新型的是II- VI 族半导体材料。本文讲述三种薄膜制备方法！ 关键词; 电化学沉积; ZnO薄膜 引言 ZnO作为一种多用途宽禁带半导体材料，由于其价廉、无毒、具有很高的化学稳定性与热稳定性等优点，一直是国内外学术界研究的焦点．从1935年Bunn等人开始对ZnO晶体的点阵参数进行研究算起，已经有7O多年的历史了．这些研究取得了大量有实际意义的成果．通过这些研究，人们不仅认识到ZnO材料优良的性质，还逐渐认识到其在制作表面声波器件、紫外光电器件、气体传感器、透明导电膜、太阳能电池以及平面板显示器等方面的重要地位．然而我们也发现 过去的研究主要是针对n型ZnO材料，而对于P型材料的研究较少，这主要是由于ZnO半导体材料存在高度自补偿作用，很难实现P型转变．但是为了充分发挥ZnO材料在器件等实际应用上的作用，研究人员不得不去攻克P型材料研究中的困难，因此近几年对于P型材料的研究也在逐渐升温．此外，像ZnO薄膜的紫外受激发光等新特性的发现，也必将带来ZnO材料研究新的课题．本文主要介绍ZnO材料的结构、性质及用途，薄膜制备方法，薄膜表征方法，研究现状及展望． 一. 阴极电沉积法制备ZnO薄膜 1.电沉积ZnO薄膜基本原理 电沉积是在外加电势下，通过在电解池阳极上的氧化反应或阴极上离子的还原反应和电结晶在固体表面生成沉积层的过程。电沉积方法可分为阳极电沉积和阴极电沉积。阴极电沉积方式相对于阳极电沉积方式来说，膜层厚度容易控制，因此应用更加广泛。图1为zn2+活度为1时的电势一pH图。由图1可知，当在含zn2+的水溶液中进行阴极还原反应时，根据溶液pH值的不同，其产物也不相同。由于在一般电沉积实验条件下(60℃～80℃)，Zn(0H)2的脱水反应在热力学上是有利的，所以可以直接在电极上得到Zno薄膜。 2.电沉积ZnO薄膜 本实验采用阴极沉积法在含锌盐水溶液中分别在不锈钢和ITO导电玻璃基片上制备不含删的Zno薄膜。电解液为去离子水配制的含锌盐水溶液，恒温水浴控制反应温度为65℃。实验采用恒电流法(Chronopot∞tiometry)在含锌盐的水溶液中，艄IJ用12 mA，8 mA，4 mA，2 mA，1 mA，0．5 mA，0．2 mA的阴极 电流沉积；用恒电势法(Ch衄瑚mp唧1e仃y)在含锌盐水溶液中，分别控制阴极电势为一1．2 V(、，s．S[冕，下同)，一1．O V，一0．8 V，得到不同电流和不同电势下沉积的Zn0薄膜。电沉积完成后用去离子水漂洗制备的zn0薄膜，然后用热吹风干燥。 3.样品测试 本实验的Ⅺm测试使用Y一4Q型x射线衍射仪，cu Kdl靶(A=1．541 78A)，35 kV，25 nA，扫描速度为0．06(。)／s。根据各样品的x射线衍射谱图，研究不同电沉积条件下对薄膜结构的影响。 二 纳米多孔ZnO /曙红复合膜. 1. 样品制备 实验所用试剂主要包括Zn (NO3 ) 2 ·6H2O (分析纯)和水溶曙红二钠盐Eosin Y(含量≥85% ,其结构式如图1所示,以下简称其为EY). 所有溶液均用二次去离子水配置. 采用ITO 导电玻璃(方块电阻约12Ω /□, 1. 5cm ×1. 5cm)为导电衬底.沉积液由0. 1mol/L Zn (NO3 ) 2 和不同浓度(0～80μmol/L)的EY组成. 电化学沉积开始前, ITO玻璃分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗5～10min,然后浸入5%～6%的盐酸中腐蚀15 s,取出后用去离子水彻底冲洗,吹干. 电化学沉积实验在CH I2660b电化学工作站上完成, 采用标准三电极体系,以ITO导电玻璃为工作电极, Pt片(纯度99. 99% )为辅助电极,饱和甘汞电极( SCE)为参比电极. 饱和甘汞电极浸在饱和KCl溶液中,通过盐桥与沉积液相连. 恒温水浴控制沉积温度为70℃,无搅拌. 沉积前,先对ITO衬底进行电化学预处理,条件为- 1. 2V, 15 s. 然后以- 0. 5mA恒流生长30min. 沉积结束后,将工作电极取出,用去离子水反复冲洗,吹干保存. 2.材料表征 采用D /MAX22550V X射线衍射仪(Rigaku, Cu靶, Kα 线, λ = 1. 54056! , 管电压40kV, 管电流100mA)分析薄膜的晶体结构,采用场发射扫描电镜( FESEM JSM26700F, JEOL 公司)观察薄膜的表面和断面形貌. 采用UV23101PC分光光度计测试薄膜在350～800nm 波长范围的吸收光谱. 为消除衬底的影响,使用空白ITO玻璃作参比. 同样,使用UV23101PC分光光度计测试复合膜中曙红的含量. 具