半导体金属与材料在离子液体中的电沉积:镓、镓的砷化物、铟和锑、碲、锗

传统工艺下,半导体金属的电沉积基本都是在高真空条件下进行的。尽管能得到高质量的沉积物,但工艺造价高、费用大,因此迫切需要探索简单、经济的电沉积工艺。科学家发现,在水溶液中得到的产物质量和在真空条件下的得到的基本一致,但由于动力学的原因,这种方法不能直接得到CdTe和CdSe 等合金。目前关于利用离子液体电沉积半导体金属的报道很少,但这方面的研究将很有意义,这是因为:离子液体有较低的蒸汽压,温度变化的范围可达几百度,动力学上的障碍可以被克服;此外,离子液体较宽的电化学窗口还允许得到在水溶液中不可能得到的GaAs、InP 等合金以及三元混合半导体材料。

镓可以从阴离子为AlCl3 的离子液体中电沉积得到。镓的电沉积只能在酸性条件下进行,在电沉积过程中Ga3+首先还原为Ga+,然后再还原为单质态Ga。在玻碳电极上,电沉积过程包含瞬间的三元成核和扩散控制的成核生长。此外,在氯化1-乙基-3-甲基咪唑和GaCl3 的混合液体中还得到了超细的GaAs。

镓的砷化物

Wicelinski 等在35~40℃下基于AlCl3 的酸性离子液体中电沉积得到了GaAs。Carpenter等在加入AsCl3 的GaCl3 离子液体中也得到了GaAs,但质量并不很好,不过可以通过热退火工艺改善合金的质量。

 铟和锑

刘教授研究了在基于AlCl3 的碱性离子液体中电镀铟的实验。过电位电沉积时,在玻碳、钨和镍的电极上都观察到了连续三元成核现象。Habboush 等报道了在AlCl3-[BP]Cl(氯化正丁基吡啶)的液体中锑在玻碳、铂和钨电极上的电沉积。锑只能在酸性条件下得到,并且电沉积过程不可逆。电沉积InSb 的工艺和电沉积GaAs 相似。若向InCl3 离子液体中加入SbCl3,则在45℃左右可直接电沉积得到InSb。在超真空条件下得到的InSb 量子点可用于研究激光的应用。

碲在碱性AlCl3 溶液中的电沉积早有报道[38],在玻碳电极上有三元成核现象。电沉积CdTe和InSb 的工艺相似。最近Lin 等报道了ZnTe 的电沉积工艺:在ZnCl2 和[EMIm]Cl 摩尔比为40/60 的离子液体中,用丙烯碳酸酯作助溶剂,并加入8-羟基喹啉使Te 的还原电势向负方向转移,然后在恒电势下电沉积得到定比组成的ZnTe。

Endres在[BMIm]Cl 离子液体中电沉积得到了Ge。向离子液体中加入一定量的、浓度约为0.1~1mmol/L 的GeI4,电化学窗口在4V 左右,电极使用退过火的Au(111)。此外,他还利用原位STM 方法得到了大量沉积物生长过程和结构组成方面的信息,对于纳米技术的研究十分有益。

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