橢偏儀在位表征電化學沉積的係統搭建（十八）- Pb薄膜沉積實驗

正文

橢偏儀(yi) 在位表征電化學沉積的係統搭建（十八）- Pb薄膜沉積實驗

3.2.6.3 Pb薄膜沉積實驗

通過前麵實驗與(yu) 分析知溶液及溶液濃度對橢偏儀(yi) 基底測試影響可忽略，故用該電解池進行了Pb的沉積實驗。采用三電極體(ti) 係（工作電極：Au/Si；對電極：Pt絲(si) ；參比電極：Ag/AgCl）。溶液為(wei) 1M的醋酸鈉及1M的醋酸鈉與(yu) 5mM或10mM的醋酸鉛。為(wei) 探究沉積條件，需對工作電極進行CV掃描，掃描速率為(wei) 5mV/s，掃描電勢窗口為(wei) -1.2V—0.5V，從(cong) 開路電壓（OCP）開始負向掃描。通過恒壓電沉積得到Pb薄膜同時進行400nm到800nm波段的橢偏監測。實驗中電極的放置如圖3-10所示，Au/Si電極為(wei) 工作電極置於(yu) 觀察窗口；Pt絲(si) 對電極置於(yu) 工作電極上方（不阻擋光路）；將置於(yu) 魯金毛細管中的Ag/AgCl參比電極zui大限度接近Au/Si表麵。將該在位監測沉積電解池置於(yu) 橢偏儀(yi) 的監測台，調節好準直後開始沉積和橢偏監測。

圖3-10CV掃描及在位監測Pb沉積實物圖

圖3-11是對Au/Si基底在醋酸鈉和醋酸鉛中進行的CV掃描對比圖。其中Arccell曲線為(wei) 1M醋酸鈉和10mM醋酸鉛中的CV掃描曲線；blank control曲線為(wei) 1M醋酸鈉中的CV掃描曲線；H cell曲線為(wei) 前期在標準H型電解池中加1M醋酸鈉和10mM醋酸鉛中的CV掃描曲線。對比Arc cell和H cell兩(liang) 條曲線可以看到，所得到的CV曲線正常，裝置可用。該體(ti) 係下Pb的沉積峰位和溶出峰位大致相同，電流密度與(yu) H型電解池所測得的數據相比減小，且在-0.28V左右附近的吸附峰消失。電流密度減小的原因可能有兩(liang) 點，一是電極的有效麵積比實際麵積小；二是工作電極和對電極不對稱。對比Arc cell和blank control兩(liang) 條曲線可知，在隻有1M醋酸鈉的電解液中電流密度相對於(yu) 有醋酸鉛的可忽略不計。

圖3-11不同電解池掃描速度5mV/s的CV圖

根據CV掃描結果，對Pb薄膜沉積的電壓進行選取，為(wei) 了使得沉積時間更長，使得更有利於(yu) 橢偏儀(yi) 測試，所以選了沉積峰位附近的電壓，及-0.57V進行Pb薄膜沉積。

圖3-12是進行電壓沉積過程的電流-時間圖，在不同電解液條件下，沉積電壓都是-0.57V。其中藍色表示1M醋酸鈉溶液，橙色是以1M醋酸鈉加5mM醋酸鉛溶液，紅色是1M醋酸鈉加10mM醋酸鉛溶液。從(cong) 圖中可以看到沒有醋酸鉛存在時電流基本為(wei) 零，而10mM醋酸鉛的沉積電流比5mM醋酸鉛的沉積電流大。理論上沉積電流越大，沉積速度也快，相同時間沉薄膜的厚度越厚。所以由電流時間圖知隻有醋酸鈉存在時沒有沉積，加入5mM醋酸鉛時有沉積但是沉積量比10mM醋酸鉛要小。

圖3-12沉積電流時間圖

圖3-13是沉積結果實物圖，a圖是在1M醋酸鈉為(wei) 電解液沉積後得到的圖，可以看到沒有沉積物；b圖是在1M醋酸鈉加5mM醋酸鉛為(wei) 電解液溶液的沉積樣品，有灰黑色的明顯沉積物，沉積不均勻；c圖是在1M醋酸鈉加10mM醋酸鉛為(wei) 電解液溶液沉積結果，有灰黑色的明顯沉積物，沉積不均勻。對比b和c可知，可以明顯看到電解液為(wei) 10mM醋酸鉛沉積物顏色加深，說明其比5mM沉積量更多，這和i-t圖所顯示的結果相對應。

圖3-13不同電解液沉積結果圖，(a)1M醋酸鈉電解液；(b)1M醋酸鈉加5mM醋酸鉛；(c)1M醋酸鈉加10mM醋酸鉛

在不同的沉積條件下同時進行了橢偏儀(yi) 的監測。圖3-14為(wei) 不同條件下的橢偏結構模型，其中Au/Si基底上測得的數據，其物理模型如圖3-14(a)所示；在池體(ti) 中加入去離子水後的數據，其物理模型如圖3-14(b)所示；1M醋酸鈉溶液和5/10mM醋酸鉛溶液的數據，其物理模型如圖3-14(c)所示；1M醋酸鈉溶液的數據，其物理模型如圖3-14(d)所示。

圖3-14不同條件下的物理模型圖:(a)Au/Si基底；(b)池體(ti) 中加入去離子水；(c)池體(ti) 中加入1M醋酸鈉和10mM醋酸鉛；(d)池體(ti) 中加入1M醋酸鈉

圖3-15是不同條件下進行橢偏儀(yi) 測量得到的橢偏參數Psi和Delta各自對比圖。從(cong) 圖中可知，Psi和Delta的值大致的變化趨勢一致，但是在位監測下有鉛薄膜沉積的兩(liang) 組數據全程擾動較大，曲線上有許多的小峰，這是由於(yu) 鉛薄膜的沉積帶來影響。

圖3-15不同條件下(a)Psi和(b)Delta對比

實驗說明該池體(ti) 在位沉積鉛薄膜橢偏儀(yi) 測試得到的數據極具不穩定性，波動較大，且溶液濃度對橢偏數據的影響不明顯，這和之前不同濃度測試的測試結果一致。

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