Określanie warunków elektrochemicznego otrzymywania $ZnSe$ z roztworów wodnych

Abstract

The II-VI wide band-gap semiconductors are very interesting materials because of their potential application in electronic devices like electroluminescence diodes, lasers or light detectors. They can be used in producing data storage devices, display devices or multijunction solar cells. There are many methods for the preparation of these materials. Electrodeposition has been found to be a very good method to fabricate thin films of compound semiconductors. It is low-cost and simple method with many advantages as: possibility of a deposition on large surface areas (even irregular), and assures precise control of this process by adjusting several parameters. The main goal of this work is to analyze the mechanism and kinetics of the electrosynthesis of zinc selenide by electrochemical process from aqueous solution. The voltammetric, hydrodynamic and electrogravimetric measurements were carried out under following condition: concentration of $ZnSO_{4} \; \; 0,1-0,8 \; mol/dm^{3}, \; H_{2}SeO_{3} \; 0,001-0,008 \; mol/dm^{3}, \; pH=2$, temperature 25-75°C. Subsequently process of deposition was carry out under potentiostatic conditions. The influence of deposition potential, the composition and temperaturę of the electrolyte on the stoichiometry composition and morphology of the obtained deposits were examined.

Ze względu na swoje zastosowanie w elektronice szerokim zainteresowaniem cieszą się szerokopasmowe półprzewodniki typu II-VI. Mogą one być wykorzystywane jako materiały do konstrukcji diod elektroluminescencyjnych, laserów półprzewodnikowych czy detektorów światła. Materiały te mogą zostać użyte do produkcji urządzeń do zapisu informacji, wyświetlaczy i płaskich ekranów telewizyjnych, a także do produkcji heterozłączowych ogniw fotowoltaicznych. Tak duże możliwości zastosowania tych materiałów powodują konieczność opracowania nowych metod ich wytwarzania, a w szczególności cienkich powłok o pożądanych parametrach. Spośród wielu znanych sposobów wykorzystywanych do otrzymywania cienkich powłok półprzewodnikowych atrakcyjną perspektywą jest zastosowanie metody elektrochemicznej. Nie wymaga ona wysokich nakładów finansowych, a przy tym posiada wiele zalet: m. in. możliwość pokrywania dużych powierzchni, także nieregularnych (porowatych), a także możliwość precyzyjnego kontrolowania procesu. Głównym celem niniejszej pracy jest poznanie mechanizmu i kinetyki procesu syntezy selenku cynku metodą elektrochemiczną z roztworów wodnych. Przeprowadzono w tym celu badania voltamperometryczne, hydrodynamiczne oraz elektro grawimetryczne. Badania prowadzono przy zastosowaniu elektrolitu zawierającego $0,1−0,8 \; mol/dm^{3}$ siarczanu(VI) cynku i $0,001-0,008 \; mol/dm^{3}$ kwasu selenowego(IV), oraz przy pH=2 i w zakresie temperatur 25-75°C. Następnie otrzymywano powłoki metodą elektrolityczną w warunkach potencjostatycznych. Określono wpływ potencjału osadzania oraz składu i temperatury elektrolitu na skład i morfologię otrzymywanych powłok. Kluczowymi problemami są tutaj możliwość otrzymania związków półprzewodnikowych o określonej stechiometrii oraz jak najlepszej strukturze. Właściwości te decydują o parametrach elektrycznych i optycznych otrzymywanych powłok, a tym samym o ich walorach aplikacyjnych.