CH3-Si(111)基半導體外延結構的電沉積製備及光電性能研究

《CH3-Si(111)基半導體外延結構的電沉積製備及光電性能研究》是依託浙江大學，由劉潤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：CH3-Si(111)基半導體外延結構的電沉積製備及光電性能研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：劉潤
• 項目類別：面上項目

項目摘要

基於矽基外延結構的低維半導體光電功能材料和器件在現代信息和新能源產業中具有重要的套用價值和前景。傳統的汽相外延生長方法需要高真空，高溫及複雜昂貴的設備，因此，探索在溶液條件下，利用電沉積方法在單晶矽上電沉積製備高質量半導體外延結構對促進低維半導體光電功能材料和器件的研究和套用具有重要的意義。然而，由於矽基表面在水溶液或空氣中易被氧化而失去本徵有序結構，使得利用電化學法在單晶矽上製備外延結構具有很大的挑戰性和難度。 本課題通過將單晶Si(111)表面進行甲基化修飾獲得在溶液電化學條件下穩定存在的有序結構，探索在其上電沉積製備半導體外延結構的內在規律及生長模式，系統研究不同有機添加劑、溶液pH及過電位對外延結構的取向或形貌的影響，從電化學反應動力學和晶體表面能的變化出發，揭示調控半導體外延結構的內在機理，研究半導體外延結構的光電性能與其結構的關係，為製備高性能的矽基半導體外延結構提供新途徑。

結題摘要

基於矽基外延結構的低維半導體光電功能材料和器件在現代信息和新能源產業中具有重要的套用價值和前景。 由於矽基表面在水溶液或空氣中易被氧化而失去本徵有序結構，使得利用電化學法在單晶矽上製備外延結構具有很大的挑戰性和難度。 本課題通過將單晶Si(111)表面進行甲基化修飾獲得在溶液電化學條件下穩定存在的有序結構，利用電沉積製備得到半導體外延結構，系統研究了不同有機添加劑、溶液組成及過電位對外延結構的取向或形貌的影響，並研究了半導體外延結構的光電性能與其結構的關係。 本課題在執行期間取得了若干進展：（1）發現電沉積半導體薄膜的取向生長與其晶體結構有密切關係，主要是由於不同的晶體結構，其晶面生長具有各向異性生長的特性，而在低過電位生長的晶體取向生長由其表面能決定。(2) 研究了有機添加劑（PVP）對電沉積CuI晶體形貌及相結構的影響。 發現在電沉積CuI溶液中添加PVP對CuI晶體的形貌具有重要的影響，CuI晶體從三角四面體變成納米線，納米片，及納米片組裝而成的納米球，而且發現在PVP存在的情況下，我們得到了只能在高溫下才能穩定存在的亞穩態-CuI納米結構。（3）研究了電化學條件對電沉積AgI晶體取向和形貌的影響，發現電化學過電位對晶體的取向生長具有重要的影響，在低的過電位下，AgI具有(002)/(111)高度取向，並具有納米柱形貌，而高的過電位則得到非取向的AgI晶體。（4）溶液中金屬陽離子對電沉積WO3薄膜的取向及光電性能具有重要影響，我們發現，溶液中有Fe3+存在時， 電沉積得到的WO3薄膜由隨機取向變為（001）優先取向，而且其光電性能具有很大的提高。 光生電流強度在0.8 V vs. SCE時，取向薄膜比非取向薄膜增強了6-8倍，而且光轉化效率提高了6倍左右，可能的機理涉及高取向的薄膜促進光生電子的轉移，這為獲得太陽能高轉化效率的陽極電極薄膜提供了一條新的途徑。