Dokument: Abscheidungsmechanismus und Eigenschaften elektrochemisch erzeugter Metall- und Legierungsfilme auf Silizium
| Titel: | Abscheidungsmechanismus und Eigenschaften elektrochemisch erzeugter Metall- und Legierungsfilme auf Silizium | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=2568 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20030715-000568-3 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Márquez Pérez, Kira [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Schultze, Joachim Walter [Gutachter] Prof. Dr. Seidel, Claus A. M. [Gutachter] Prof. Dr. Staikov, Georgi [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | Metallabscheidung, Silber, Gold, Legierung, Silizium, Glaskohlenstoff, Halbleiter, Elektrochemie, Spektroskopie, CharakterisierungElectrodeposition, Silver, Gold, Alloys, Silicon, Glassy Carbon, Semiconductor, Electrochemistry, Spectroscopy, Characterization | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Die Bildung von Metall- und Legierungsschichten auf verschiedenen Substraten spielt in vielen modernen Technologien eine sehr wichtige Rolle. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mechanistische und kinetische Untersuchungen während der Abscheidung von Ag, Au und Ag/Au-Legierungen aus alkalischen Komplexlösungen durchgeführt. Der Abscheidungsprozess sowohl auf n-Si als auch auf Glaskohlenstoff (GC) wurde durch eine Kombination von elektrochemischen, optischen und spektroskopischen Methoden ausführlich untersucht. Der Abscheidungsmechanismus der Legierung wurde erläutert. Die physikalischen Eigenschaften der erzeugten Metall- und Legierungsfilme, sowie das elektronische Verhalten der Metall/Halbleiter-Kontakte, wurden ebenfalls untersucht. Bei der Goldabscheidung ist die primäre Nukleation sogar bei stark negativen Elektrodenpotentialen progressiv. Ähnliche Ergebnisse wurden auch für die Ag/Au-Legierungsabscheidung beobachtet. Bei der Silberabscheidung dagegen findet schon ab ?0,90 V ein Wechsel des Keimbildungsmechanismus von der progressiven zu der instantanen Keimbildung statt. Quantitative kinetische Ergebnisse wurden mit existierenden Theorien für elektrochemische Metallabscheidung mit diffusionskontrolliertem Wachstum erklärt. Die experimentellen Ergebnisse deuten auf eine Begrenzung der Anwendung der Theorien bei der Abscheidung auf n-Halbleitern hin, die hauptsächlich auf die typischen Abscheidungsbedingungen zurückzuführen ist. Im Cyanid ist Ag ein edleres Metall als Au. Allerdings findet im gemischten Elektrolyten eine ?anormale? Abscheidung statt, was auf eine starke Wechselwirkung zwischen adsorbierten Ag- und Au- Spezies hinweist. In situ FTIR Spektroelektrochemie zeigt, dass die Au-Abscheidung in einem gemischten 1:1 Ag/Au-Elektrolyten zunimmt, während die Ag-Abscheidung in dieser Lösung gehemmt wird. Folgende Schritte sind beim Abscheidungsmechanismus der Legierung involviert: a) Adsorption der elektroaktiven Spezies: [Au(CN)2]- und [Ag(CN)2]- an der Elektrodenoberfläche, Elektronentransferreaktion und Bildung der adsorbierten Spezies: AgCN-ads und AuCN-ads; b) Desorption des zweiten CN- Ions; c) Legierungsbildung und Wachstum (3D Volmer-Weber). Die Stabilität der auf GC abgeschiedenen Ag- und Au-Cluster in der Cyanidlösung wurde auch untersucht Die Auflösungsmechanismen sind unterschiedlich bei beiden Metallen. Weiterhin wurden Ag-Filme auf n-Si aus umweltfreundlicheren Ammoniaklösungen bei pH 11 abgeschieden. Die Rauhigkeit der Siliziumoberfläche spielt offensichtlich bei der Haftung der erzeugten Filme eine bedeutende Rolle. Generell sind die Abscheidungsparameter für die Bestimmung der Morphologie, der Rauhigkeit und der Adhäsion der erzeugten Filme sehr wichtig Durch die Auswahl geeigneter Parameter können die genaue Zusammensetzung und die erwünschten physikalischen und elektronischen Eigenschaften der Filme eingestellt werden. Eine bessere Haftung der Legierungsfilme mit einem höheren Goldanteil wurde beobachtet, was möglicherweise auf die Bildung einer stabileren Au-Si Bindung zurückzuführen ist. Die experimentellen Ergebnisse deuten auf ein ideales Schottky-Dioden-Verhalten der untersuchten n-Si/Ag, n-Si/Au und n-Si/Ag-Au-Kontakte hin und beweisen die Bildung von Kontakten von hoher Qualität in allen Fällen. Der Einfluss der Legierungszusammensetzung auf die elektronischen Eigenschaften der n-Si/Ag-Au-Kontakte ist gering. Spezifische Aspekte der Metallisierung von n-Si/SiO2 Mikrostrukturarrays werden auch in dieser Arbeit diskutiert. Die erfolgreiche Verwendung der so genannten Kapillarmikrozelle für die lokalisierte Metallisierung und Untersuchung an solchen Mikrostrukturarrays wird ebenfalls demonstriert.The mechanisms of silver and gold-silver alloy electrodeposition on n-Si(111) in a cyanide medium have been studied combining electrochemical, spectroscopic and surface analytical techniques. The kinetics during the initial stages of deposition was investigated by cyclic voltammetry and chronoamperometry combined with AFM, SEM and in situ IR spectroscopy. The conditions for progressive and instantaneous primary nucleation were elucidated from the analysis of current transients. Based on experimental results a double pulse routine (including a short nucleation pulse to a relatively high cathodic potential U1 followed by a low growth potential U2) was introduced for obtaining continuous and adherent thin metal films. The morphology of deposited films was found to be strongly dependent on the growth potential. The influence of deposition conditions on composition of Ag-Au alloy films was investigated by EDX and XPS. Current-voltage and capacity-voltage measurements showed an ideal Schottky behaviour of the n-Si/Ag, n-Si/Au and n-Si/alloy solid-state contacts, and the formation of high quality junctions in all cases. Specific aspects of metallisation of n-Si/SiO2 microstructure arrays applying the double pulse polarisation technique are discussed. The use of the so-called capillary based electrochemical microcell for localised metallisation on microstructure arrays is demonstrated. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Chemie | |||||||
| Dokument erstellt am: | 15.07.2003 | |||||||
| Dateien geändert am: | 12.02.2007 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 09.07.2003 | |||||||
| Datum der Promotion: | 09.07.2003 |
