Формирование оксидов меди на вакансионно-дефектных cu-zn сплавах

Главная » Литература » Тезисы » Формирование оксидов меди на вакансионно-дефектных cu-zn сплавах
Автор: Муртазин М.М., Китаева Т. М., Нестерова М.Ю., Введенский А.В.
Год издания: 2016

Воронежский Государственный Университет, Воронеж

Оксиды металлов, относящиеся к полупроводниковым материалам, являются перспективными электродными материалами. При выборе материала большое значение имеют структурные параметры оксида – концентрация носителей заряда, дефектность, толщина и морфология пленки. Одним из возможных вариантов управления свойствами оксидной фазы является использование в качестве подложки структурно-разупорядоченной меди, полученной в результате предварительного растворения цинка из Cu-Zn сплавов.

Электрохимические исследования выполнены на сплавах Cu-Zn с атомной долей цинка 0.15 и 0.30 при помощи  потенциостата IPC-Сompact, сопряженного с ПК. Определение области потенциалов селективного растворения сплавов проводились потенциодинамическим методом в деаэрированном растворе 0.01 M HCl + 0.09 M KCl. Для получения сплава с вакансионно-дефектным поверхностным слоем после катодной предподготовки осуществлялось 60-секундное СР при потенциалах, не превышающих критическое значение. После СР рабочий электрод помещался в ячейку с деаэрированным раствором 0.1 M KOH. Для определения потенциала плоских зон и концентрации дефектов в оксиде проводились измерения импеданса границы электрод/раствор в щелочном растворе в потенциодинамическом (2 мВ/с) режиме поляризации с частотой синусоидального сигнала 333 Гц при помощи комплекса FRA и IPC-Сompact. Изображения микрорельефа поверхности были получены на атомно-силовом микроскопе (АСМ) Solver P47PRO в полуконтактном режиме сканирования образца. Среднеквадратичная шероховатость поверхности найдена по данным статистической обработки АСМ-изображений при помощи программы Gwyddion 2.30.

Расчеты по методике, представленной в [1], показывают, что с ростом потенциала СР сплава происходит увеличение коэффициента взаимодиффузии и концентрации вакансий (табл. 1).

Таблица 1. Коэффициенты взаимодиффузии  и концентрация сверхравновесных вакансий Nпосле СР сплавов при различных потенциалах EСР

Сплав

Cu15Zn

Cu30Zn

EСР, В

*1014, см2 с-1

N?*103, см-3

*1014, см2 с-1

N?*103, см-3

-0.1

0.72

1.89

0.14

0.19

0.0

1.63

4.26

0.79

1.04

0.1

3.14

8.23

1.53

2.01

Результаты АСМ показывают, что на исходно подготовленной поверхности образцов (рис. 1 а, б) присутствуют различные неровности, вызванные механической полировкой. На сплавах, подвергнутых СР, можно отметить наличие углубляющихся каналов и отдельных выемок (рис. 1 в, г), обусловленных выходом цинка из решетки сплава. После формирования оксида Cu(I) на сплавах, подвергнутых предварительному СР (рис. 1д, е), отчетливо проявляются отдельные зерна, средний диаметр которых составляет 11-12 нм. Среднеквадратичная шероховатость после СР возрастает примерно в три раза как на Cu15Zn, так и на Cu30Zn сплаве.

АСМ-изображения Cu-Zn сплавов

Рис. 1. АСМ-изображения Cu-Zn сплавов.

Зависимость C-2 от E линеаризуется в координатах Мотта-Шоттки. Положительный наклон линейных участков зависимости свидетельствует о p-типе проводимости, связанный с преобладанием акцепторных дефектов в структуре оксидов [2]. Значения потенциала плоских зон Efb оксидов Cu(I) и Cu(II), сформированных на сплавах, в целом согласуется с результатами, полученными на меди (табл. 2).

Таблица 2. Потенциал плоских зон Efb и концентрация акцепторных дефектов Nа для оксидов

Cu2O и CuO, сформированных на меди и Cu-Zn сплавах после предварительного СР.

Сплав

 

EСР, В

Cu2O

CuO

Efb, В

Nа?10-20, см-3

Efb, В

Nа?10-20, см-3

Cu15Zn

-0.1

-0.24

9.7

-0.03

7.5

0.0

-0.24

10.7

-0.04

8.2

0.1

-0.23

8.0

-0.04

2.7

Cu30Zn

-0.1

-0.23

21.0

-0.04

13.0

0.0

-0.24

23.0

-0.05

15.0

0.1

-0.25

16.0

-0.08

11.0

Cu

-0.27

2.52

-0.09

2.10 

При переходе от меди к сплавам, а также с ростом вакансионной дефектности концентрация акцепторных дефектов в анодно формируемых оксидах меди увеличивается (табл. 2). Таким образом структурные дефекты подложки находят отражение в структурных особенностях анодно синтезируемых оксидных слоев.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках Госзадания вузам на 2014-2016 гг. № 675.

Литература

1. Козадёров О. А.,Введенский А. В., Массоперенос и фазообразование при анодном селективном растворении гомогенных сплавов., Воронеж, 2014, 288 с.

2. Meyer B. K., Polity A., Reppin D. et. al. Phys. Status Solidi B. 2012. V. 249, no. 8. P. 1487-1509.