Elektrochemische Präparation ultradünner Cadmiumsulfid- und Cadmiumiodid-Filme auf niedrigindizierten Kupfereinkristallelektroden

Abstract

Die elektrochemische Metallabscheidung ist ein technologischer Prozess, der in der Oberflächenver­edlung nicht mehr wegzudenken ist. Zum Beispiel schützen galvanisch erzeugte Schichten Metalle vor Korrosion oder werden auch nur aus ästhetischen Gründen aufgebracht, z.B. Verchromung von Metallen oder Kunststoffteilen in der Automobilindustrie. Auch für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen gewinnen elektrochemische Verfahren zunehmend an Bedeutung. Sie haben den Vorteil gegenüber den aufwändigeren Vakuummethoden zur Präparation von ultradünnen Metallschichten, dass sie unter einfach zu handhabenden Bedingungen arbeiten und nur hochreiner Chemikalien bedürfen. Um allerdings die herkömmlichen Methoden wie Molekularstrahlepitaxie oder Abscheidung aus der Gasphase durch elektrochemische Verfahren zu ergänzen oder zu ersetzen, ist es unerlässlich, zunächst die grundlegenden Vorgänge an den Elektroden (der fest/flüssig-Grenzfläche) zu verstehen.<br /> Im allgemeinen wird bei Metalldepositionen das spätere Wachstumsverhalten von den ersten Schritten der Metalladsorption an der Phasengrenze stark geprägt. Die Unterpotentialabscheidung (UPD) von Metallen bietet die Möglichkeit, dieses Anfangsstadium der Metallabscheidung systematisch zu untersuchen. Zahlreiche bisherige Untersuchungen haben einen stark strukturierenden Einfluss der Anionen auf das Substrat gezeigt. Es stellt sich daher die Frage, inwieweit man durch Variation des Anions die Struktur eines UPD-Films beeinflussen kann.<br /> Halbleiter gehören zu den wichtigsten Grundstoffen zur Herstellung von elektronischen Bauelementen der modernen Welt. Der Trend geht dabei zu fortschreitender Miniaturisierung der Bauelemente und zur Erhöhung der Integrationsdichte. Die Frage ist nun, welche Eigenschaften besitzt eigentlich ein Halbleiter, wenn er nur noch aus ein paar hundert Atomen besteht und wie verändern sich seine Eigenschaften in Abhängigkeit von der Atomanzahl. So kann man z.B. unterschiedlich große CdSe-Nanopartikel in Lösung mit UV-Licht zur Emission von Licht verschiedener Wellenlänge anregen. Cd als ein Gruppe II-Element stellt eine wichtige Komponente in der Gruppe der Verbindungs-halbleiter dar. Die häufigsten Vertreter der Verbindungshalbleiter sind Verbindungen der Gruppen II und VI, z.B.: CdSe, CdS, CdTe, ZnS, HgS. Wichtig sind auch III/V-Verbindungen wie z.B.: InP, InAs, GaAs, GaN.<br /> Im Rahmen dieser Dissertation wird die Cadmiumsulfid-Verbindungsbildung auf Cu(111) mittels des von Stickney [Sug92] etablierten ECALE-Verfahrens vorgestellt. Dabei werden auch die Unterschiede bei Veränderung der ECALE Startbedingungen aufgezeigt. Desweiteren werden die Grenzen der ECALE- Methode deutlich.<br /> Ein detaillierter Einblick in die Deposition von Iod auf einkristallinen Cu-Oberflächen wird gegeben, um die sich daran anschließende Cd-UPD zu verstehen.<br /> In der vorliegenden Arbeit wurden ultradünne, elektrochemisch präparierte Anionen-, respektive Kationen-Anionen-Multilagen hergestellt und anschließend mit chemisch sensitiven (SXPS), integralen (SXRD) und lokalen (ECSTM) Methoden der Oberflächenanalyse im Detail untersucht.<br /> Nach erfolgreicher Abscheidung eines Cd-UPD-Films auf einer sulfidbedeckten Cu(111)-Oberfläche konnten zwei verschiedene Schwefelspezies mittels PES identifiziert werden. Aufgrund der Tatsache einer vollständigen Verdrängung des Sulfats von der Cu-Oberfläche durch Sulfid kann auf eine Sulfatterminierung des Cd-UPD-Films geschlossen werden. Die PES-Spektren eines sulfat-terminierten Cd-Films auf einer Cu(111)-Oberfläche zeigen zwei verschiedene Cd-Spezies.<br /> Für die UPD von Cadmium aus iodidhaltiger Lösung hätte man prinzipiell ein ähnliches Verhalten wie für die UPD von Cadmium aus sulfidhaltiger Lösung erwartet. Die durchgeführten SXPS- und ECSTM- Experimente haben aber gezeigt, dass sich die UPD-Filmbildungen nicht gleich verhalten. So kann man aus cadmiumiodidhaltiger Lösung keine Filme mit alternierenden Anionen- und Kationen-Lagen abscheiden. Allerdings kann Iodid als surfactant für die lagenweise Abscheidung von Cadmium Verwendung finden.