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有序大孔硅薄膜的制备与表征

作　者: 刘昕
导　师: 李垚
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 有序大孔材料 PS胶体晶体模板电化学沉积法离子液体硅
分类号: O613.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

有序大孔的硅材料作为光子晶体,具有完全的光子带隙,在太阳能电池、光子计算机以及发光二极管等领域都具有诱人的应用前景。本论文使用离子液体电沉积法结合胶体晶体模板制备有序大孔硅薄膜。与其他方法相比,这种方法的优势在于低温、低成本,并能控制沉积薄膜的形貌等。首先,利用循环伏安法研究了两种离子液体[Hmim]FAP和[Py1,4]Tf2N在ITO基板上的电化学窗口。然后利用循环伏安曲线和恒电势下电流-时间曲线,分析了在含有SiCl4的[Hmim]FAP和[Py1,4]Tf2N两种体系中沉积Si的电化学机理。利用场发射扫描电镜(SEM),能量损失谱(EDX)和X射线光电子能谱(XPS)对硅薄膜进行形貌和成分的分析,研究了电沉积实验条件和沉积物的关系,获得沉积硅最优化工艺,在SiCl4+[Py1,4]Tf2N体系中,选择-2.3~-2.8V电位范围内进行电沉积,即可获得Si薄膜。使用单分散性聚苯乙烯胶体微球(PS),采用垂直沉积法自组装制备聚苯乙烯胶体晶体模板。通过扫描电镜(SEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)观察了胶体晶体的表面形貌和截面。证实胶体晶体模板是符合面心立方规则的致密排列,并具有较高的有序度。利用Bragg方程计算了不同粒径的胶体晶体的带隙的位置。粒径在200~300nm的胶体晶体模板,填充后得到有序大孔Si薄膜带隙在可见光范围内。最后将采用了离子液体电沉积技术与光子晶体的制备技术相结合,制备了有序大孔硅材料。本实验选择粒径为225nm的聚苯乙烯胶体晶体模板,使用电沉积方法向其内部电沉积填充硅。之后对形成的大孔有序Si薄膜进行SEM形貌和EDX,XPS成分的表征。得到的有序大孔硅薄膜具有孔结构保存良好,并具有良好的均一性,证实了沉积物为Si。

有序大孔硅薄膜的制备与表征

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