基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法。现有技术中没有可以在一种固定pH值的酸性溶液中同时制得具有不同导电类型的氧化亚铜半导体的方法。本发明专利技术清洗导电玻璃备用；配置铜盐溶液作为二价铜离子的来源，并调节至酸性；将SDS加入铜盐溶液中得到电镀液，利用恒电位仪在该电镀液中进行电沉积；沉积所得的薄膜用二次蒸馏水清洗并用吹风机吹干，得到Cu2O薄膜；不同浓度的SDS的电镀液可制得不同导电类型的Cu2O薄膜。本发明专利技术可在固定pH值的酸性溶液中调控氧化亚铜半导体的导电类型，方便制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜，方法简单且容易操作。

【技术实现步骤摘要】
基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法
本专利技术属于半导体材料
，具体涉及一种基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法。
技术介绍
电化学沉积是一种被广泛应用于表面材料合成或材料表面处理的重要技术。电化学沉积是指在外加电场的作用下，在一定的电解质溶液（电镀液）中通过发生氧化还原反应，使溶液中的离子以特定的形式沉积到电极（阴极或阳极）表面而得到特定膜层的制备方法。氧化亚铜（Cu2O）是一种重要的直接带隙氧化物半导体材料，禁带宽度约为2eV（电子伏特），其原材料丰富、无毒环保、制备工艺简单、制造成本低。氧化亚铜被广泛地应用于催化剂、太阳能电池、腐蚀防护、锂离子电池负极材料等领域。氧化亚铜根据其内部缺陷的不同，可分为p型导电（空穴导电）和n型导电（自由电子导电）两种。目前，大多数被制备出来的氧化亚铜半导体材料为p型导电，n型导电的氧化亚铜较难制备。p型导电的氧化亚铜的制备方法主要有磁控溅射法、高温氧化法和电化学沉积法等，n型氧化亚铜则主要采用电化学沉积法制备。在以前的研究中，制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜要分别采用不同的制备条件，通常n型导电的氧化亚铜半导体在酸性溶液（pH<7）中制备，而p型导电的氧化亚铜半导体在碱性溶液（pH>7）中制备。至今，尚没有报道可以在一种固定pH值的酸性溶液中同时制得具有不同导电类型的氧化亚铜半导体的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，可在固定pH值的酸性溶液中调控氧化亚铜半导体的导电类型，方便制备p型导电或者n型导电的氧化亚铜。本专利技术所采用的技术方案是：基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：依次用丙酮和无水乙醇超声清洗FTO或ITO导电玻璃各15-20分钟，再用二次蒸馏水冲洗掉多余的丙酮和无水乙醇，氮气中吹干备用；步骤二：用二次蒸馏水配置摩尔浓度为0.0001-1mol/L的铜盐溶液作为二价铜离子的来源，并将铜盐溶液的pH值调节至酸性；步骤三：将SDS加入铜盐溶液中，机械搅拌使SDS在溶液中充分溶解，得到电镀液，利用恒电位仪在该电镀液中进行电沉积；或利用恒电位仪在铜盐溶液中进行电沉积，在电沉积过程中逐次加入SDS；SDS在电镀液中的摩尔浓度控制在其临界胶束摩尔浓度0.008mol/L以下；步骤四：沉积所得的薄膜用二次蒸馏水清洗并用吹风机吹干，得到Cu2O薄膜；当铜盐溶液中SDS的摩尔浓度小于0.0012mol/L或者不含SDS时，制得的Cu2O薄膜表现为n型半导体；当铜盐溶液中SDS的摩尔浓度大于0.0015mol/L时，Cu2O薄膜表现为p型半导体。步骤二中，铜盐溶液为硫酸铜、醋酸铜、硝酸铜或氯化铜，pH值调节至4-6，相应的pH值调节剂选取质量分数为36%的醋酸。步骤三中，添加的SDS为固体SDS或摩尔浓度为0.2mol/L的SDS母液。步骤四的电沉积过程中：FTO或ITO导电玻璃为工作电极，铂片或石墨棒为辅助电极，Ag/AgCl电极为参比电极；电镀液保持恒温，温度采用水浴控制，沉积温度为室温-70℃；采用恒电势，沉积电势为相对于Ag/AgCl电极0-(–0.5)V；沉积时间为5分钟-10小时。本专利技术具有以下优点：本专利技术应用电化学沉积法，提供了一种在固定pH值的酸性溶液中调控氧化亚铜半导体导电类型的方法，通过将溶液中的二价铜离子（Cu2+）在导电基体表面还原为一价铜离子（Cu+），从而得到氧化亚铜。在制备过程中，采用标准三电极系统，氟掺杂二氧化锡（FTO）或氧化铟氧化锡（ITO）导电玻璃作为导电基体，控制电解液中的Cu2+浓度和pH值、沉积温度，通过改变电解液中阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的浓度，可以制备出不同半导体导电类型的氧化亚铜薄膜。当铜盐溶液中SDS的浓度小于一定值时（或者不含SDS），制得的Cu2O薄膜表现为n型半导体；当铜盐溶液中SDS的浓度大于一定值时，Cu2O薄膜表现为p型半导体，方法简单且容易操作，尤其是为氧化亚铜p-n同质结的可控制备提供了的理论基础和实践经验。附图说明图1为在含SDS浓度为0.001mol/L和0.006mol/L的硫酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的莫特-肖特基（Mott-schottky）曲线，横轴为施加的电势（相对于Ag/AgCl参比电极），纵轴为电容倒数的平方。当曲线斜率为正时表明半导体类型为n型导电，当曲线斜率为负时表明半导体类型为p型导电。图2为在含SDS浓度为0.001mol/L和0.006mol/L的硫酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的光电流-时间曲线，横轴为测试进行的时间，纵轴为电流密度。当光照时产生的电流比无光照时的电流正时表明半导体导电类型为n型导电，当光照时产生的电流比无光照时的电流负时表明半导体导电类型为p型导电。图3为在含SDS浓度为0.0004mol/L和0.0022mol/L的硫酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的莫特-肖特基（Mott-schottky）曲线。横轴为施加的电势（相对于Ag/AgCl参比电极），纵轴为电容倒数的平方。当曲线斜率为正时表明半导体类型为n型导电，当曲线斜率为负时表明半导体类型为p型导电。图4为在含SDS浓度为0.0004mol/L和0.0022mol/L的硫酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的光电流-时间曲线，横轴为测试进行的时间，纵轴为电流密度。当光照时产生的电流比无光照时的电流正时表明半导体导电类型为n型导电，当光照时产生的电流比无光照时的电流负时表明半导体导电类型为p型导电。图5为在含SDS浓度为0.0007mol/L和0.003mol/L的硝酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的莫特-肖特基（Mott-schottky）曲线，横轴为施加的电势（相对于Ag/AgCl参比电极），纵轴为电容倒数的平方。当曲线斜率为正时表明半导体类型为n型导电，当曲线斜率为负时表明半导体类型为p型导电。图6为在含SDS浓度为0.0007mol/L和0.003mol/L的硝酸铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的光电流-时间曲线，横轴为测试进行的时间，纵轴为电流密度。当光照时产生的电流比无光照时的电流正时表明半导体导电类型为n型导电，当光照时产生的电流比无光照时的电流负时表明半导体导电类型为p型导电。图7为在含SDS浓度为0.0009mol/L和0.003mol/L的氯化铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的莫特-肖特基（Mott-schottky）曲线，横轴为施加的电势（相对于Ag/AgCl参比电极），纵轴为电容倒数的平方。当曲线斜率为正时表明半导体类型为n型导电，当曲线斜率为负时表明半导体类型为p型导电。图8为在含SDS浓度为0.0009mol/L和0.003mol/L的氯化铜溶液中制得的两种氧化亚铜薄膜在3wt%氯化钠溶液中的光电流-时间曲线，横轴为测试进行的时间，纵轴为电流密度。当光照时产生的电流比无光照时的电流正时表明半导体导电类型为n型导电，当光照本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：依次用丙酮和无水乙醇超声清洗FTO或ITO导电玻璃各15‑20分钟，再用二次蒸馏水冲洗掉多余的丙酮和无水乙醇，氮气中吹干备用；步骤二：用二次蒸馏水配置摩尔浓度为0.0001‑1mol/L的铜盐溶液作为二价铜离子的来源，并将铜盐溶液的pH值调节至酸性；步骤三：将SDS加入铜盐溶液中，机械搅拌使SDS在溶液中充分溶解，得到电镀液，利用恒电位仪在该电镀液中进行电沉积；或利用恒电位仪在铜盐溶液中进行电沉积，在电沉积过程中逐次加入SDS；SDS在电镀液中的摩尔浓度控制在其临界胶束摩尔浓度0.008 mol/L以下；步骤四：沉积所得的薄膜用二次蒸馏水清洗并用吹风机吹干，得到Cu2O薄膜；当铜盐溶液中SDS的摩尔浓度小于0.0012 mol/L或者不含SDS时，制得的Cu2O薄膜表现为n型半导体；当铜盐溶液中SDS的摩尔浓度大于0.0015 mol/L时，Cu2O薄膜表现为p型半导体。

【技术特征摘要】
1.基于电镀液中表面活性剂浓度控制氧化亚铜半导体导电类型的方法，其特征在于：由以下步骤实现：步骤一：依次用丙酮和无水乙醇超声清洗FTO或ITO导电玻璃各15-20分钟，再用二次蒸馏水冲洗掉多余的丙酮和无水乙醇，氮气中吹干备用；步骤二：用二次蒸馏水配置摩尔浓度为0.0001-1mol/L的铜盐溶液作为二价铜离子的来源，并将铜盐溶液的pH值调节至酸性；步骤三：将SDS加入铜盐溶液中，机械搅拌使SDS在溶液中充分溶解，得到电镀液，利用恒电位仪在该电镀液中进行电沉积；或利用恒电位仪在铜盐溶液中进行电沉积，在电沉积过程中逐次加入SDS；SDS在电镀液中的摩尔浓度控制在其临界胶束摩尔浓度0.008mol/L以下；步骤四：沉积所得的薄膜用二次蒸馏水清洗并用吹风机吹干，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨鹰，韩娟，宁晓辉，汤宏胜，曹炜，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61