电化学沉积法制备薄膜材料精品PPT课件
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电化学沉积法 制备薄膜材料及其研究进展
胡宝云 李嘉胤 田鹏 王文静
Any use, dissemination, distribution or duplication of this transmission is strictly prohibited.
Shenzhen lean-sigma consultant Co., LTD 版权所有 翻X版X 必XX究(HK) ,LTD
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4）电化学沉积的速度可由电流来控制，电流 越大，沉积速度越快；
5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备 投资少，工艺简单，操作容易，环境安全， 生产方式灵活适于工业化大生产。
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1.2、电化学沉积法的缺点 用电沉积法制备理想的、复杂组成的薄膜 材料较为困难。另外，对于基体表面上晶 核的生成和长大速度不能控制，制得的化 合物半导体薄膜多为多晶态或非晶态，性 能不高。
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2.3、阳极氧化沉积机理 阳极沉积一般在较高的pH值的溶液中进行， 一定的电压下溶液中的低价金属阳离子在 阳极表面被氧化成高价阳离子，然后高价 阳离子在电极表面与溶液中的OH-生成氢氧 化物或羟基氧化物，进一步脱水生成氧化 物薄膜。
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2.2、阴极反应沉积薄膜材料举例 1）以ITO玻璃为阴极，以石墨为阳极，以 1.0gCdCl2和0.6g硫粉溶于二甲基硫氧化物 中的溶液作为电解液，获得了CdS薄膜。 2）以不锈钢为基片，以一定摩尔浓度的硫 酸铜、乳酸和氢氧化钠溶液为电解液，得 到了Cu2O薄膜。
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在阳极反应中，金属在适当的电解液中作 为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流通 过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂 层，也就是氧化物长在金属阳极表面。
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2.4、阳极反应沉积薄膜材料举例 1）F M Nazar等人以金属钨为阳极基片，以 0.4mol/L KNO3和0.04mol/L HNO3水溶液为 电解质溶液，沉积出了氧化钨薄膜。
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• 电化学沉积是指在电场作用下，在一定的
电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成 回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中 的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到 我们所需镀层的过程。镀层可以是薄膜也 可以是涂层。
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恒电压法是将电解时的电极电压恒定在某一 值，使镀液中一种金属离子发生电化学还原 而析出；当电极电压恒定在另一值时，镀液 中另一种金属离子还原析出。如此交替改变 电压，以形成金属多层膜。
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3.2、单槽法和双槽法 按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、 单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的 电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。 现在，多层膜的制备大都采用单槽法。单槽 法是将两种或几种活性不同的金属离子以合 适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电 位或电流，使其在一定范围内周期性变化， 得到成分和结构周期性变化的膜层。
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3、电化学沉积的方法
恒电流法和恒电压法 单槽法和双槽法
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3.1、恒电流法和恒电压法 电沉积方法制备薄膜按其所用电能的供给 方式可分为恒电流法和恒电压法。 恒电流法是采用恒电流电解，此法数学模 型的理论分析较为简单。但是，恒电流法 电解时，电极电位容易受外界影响而波动， 因而得不到均匀的镀层，采用恒电压法可 以避免上述问题。
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2、电化学沉积机理分析
阴极还原沉积机理 阳极氧化沉积机理
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2.1、阴极还原沉积机理 阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子 溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中 含有易于还原的一些分子或原子团，在一 定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件 下，控制阴极电流和电压就可以在电极表 面沉积出所需的薄膜。
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主要内容
• 1、电化学沉积法简介 • 2、电化学沉积机理分析 • 3、电化学沉积方法分类 • 4、电化学沉积的电解质体系 • 5、电化学沉积的影响因素 • 6、电化学沉积法制备的薄膜的特性
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1、电化学沉积简介
电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉 积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层， 是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理 技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已 出现。
电化学沉积的特点
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1.1、电化学沉积的优点 1）可在各种结构复杂的基体上均匀沉积；适
用于各种形状的基体材料，特别是异型结 构件； 2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条 件下进行，因此非常适合制备纳米构； 3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温 度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制 沉积层的厚度，化学组成和结构等；
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2) G F Pastore以金属铝为阳极基片，电解液 为硼酸胺，用0.2mol/L H3PO4调至pH=9.0， 用NaOH调Ph=7.6，得到了氧化铅薄膜。 3) S B Saidman，J R Vilche以金属镉为阳极 基片，以0.01mol/L NaOH+ymol/L Na2S （0≤y≤0.03）和xmol/L NaOH+ 0.01mol/L Na2S（0.01≤x≤1） 为电解液，得到了硫化 镉薄膜。
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4）电化学沉积的速度可由电流来控制，电流 越大，沉积速度越快；
5）电化学沉积是一种经济的沉积方法，设备 投资少，工艺简单，操作容易，环境安全， 生产方式灵活适于工业化大生产。
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1.2、电化学沉积法的缺点 用电沉积法制备理想的、复杂组成的薄膜 材料较为困难。另外，对于基体表面上晶 核的生成和长大速度不能控制，制得的化 合物半导体薄膜多为多晶态或非晶态，性 能不高。
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2.3、阳极氧化沉积机理 阳极沉积一般在较高的pH值的溶液中进行， 一定的电压下溶液中的低价金属阳离子在 阳极表面被氧化成高价阳离子，然后高价 阳离子在电极表面与溶液中的OH-生成氢氧 化物或羟基氧化物，进一步脱水生成氧化 物薄膜。
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2.2、阴极反应沉积薄膜材料举例 1）以ITO玻璃为阴极，以石墨为阳极，以 1.0gCdCl2和0.6g硫粉溶于二甲基硫氧化物 中的溶液作为电解液，获得了CdS薄膜。 2）以不锈钢为基片，以一定摩尔浓度的硫 酸铜、乳酸和氢氧化钠溶液为电解液，得 到了Cu2O薄膜。
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在阳极反应中，金属在适当的电解液中作 为阳极，金属或石墨作为阴极。当电流通 过时，金属阳极表面被消耗并形成氧化涂 层，也就是氧化物长在金属阳极表面。
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2.4、阳极反应沉积薄膜材料举例 1）F M Nazar等人以金属钨为阳极基片，以 0.4mol/L KNO3和0.04mol/L HNO3水溶液为 电解质溶液，沉积出了氧化钨薄膜。
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• 电化学沉积是指在电场作用下，在一定的
电解质溶液（镀液）中由阴极和阳极构成 回路，通过发生氧化还原反应，使溶液中 的离子沉积到阴极或者阳极表面上而得到 我们所需镀层的过程。镀层可以是薄膜也 可以是涂层。
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恒电压法是将电解时的电极电压恒定在某一 值，使镀液中一种金属离子发生电化学还原 而析出；当电极电压恒定在另一值时，镀液 中另一种金属离子还原析出。如此交替改变 电压，以形成金属多层膜。
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3.2、单槽法和双槽法 按沉积设备不同，电沉积方法分为双槽法、 单槽法。双槽法是在含有不同电解质溶液的 电解槽中交替电镀得到多层膜的方法。 现在，多层膜的制备大都采用单槽法。单槽 法是将两种或几种活性不同的金属离子以合 适的配比加入到同一电解液中，控制沉积电 位或电流，使其在一定范围内周期性变化， 得到成分和结构周期性变化的膜层。
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3、电化学沉积的方法
恒电流法和恒电压法 单槽法和双槽法
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2、电化学沉积机理分析
阴极还原沉积机理 阳极氧化沉积机理
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2.1、阴极还原沉积机理 阴极沉积是把所要沉积的阳离子和阴离子 溶解到水溶液或非水溶液中，同时溶液中 含有易于还原的一些分子或原子团，在一 定的温度、浓度和溶液的pH值等实验条件 下，控制阴极电流和电压就可以在电极表 面沉积出所需的薄膜。
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主要内容
• 1、电化学沉积法简介 • 2、电化学沉积机理分析 • 3、电化学沉积方法分类 • 4、电化学沉积的电解质体系 • 5、电化学沉积的影响因素 • 6、电化学沉积法制备的薄膜的特性
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1、电化学沉积简介
电化学沉积是一种液相方法，通过电化学沉 积技术在材料表面获得具有多种功能的膜层， 是一种历史较长、工艺相对成熟的表面处理 技术，金属电化学沉积在19世纪早期就已 出现。
电化学沉积的特点
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1.1、电化学沉积的优点 1）可在各种结构复杂的基体上均匀沉积；适
用于各种形状的基体材料，特别是异型结 构件； 2）电化学沉积通常在室温或稍高于室温的条 件下进行，因此非常适合制备纳米构； 3）控制工艺条件(如：电流，溶液pH值，温 度，浓度，组成，沉积时间等)可精确控制 沉积层的厚度，化学组成和结构等；
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2) G F Pastore以金属铝为阳极基片，电解液 为硼酸胺，用0.2mol/L H3PO4调至pH=9.0， 用NaOH调Ph=7.6，得到了氧化铅薄膜。 3) S B Saidman，J R Vilche以金属镉为阳极 基片，以0.01mol/L NaOH+ymol/L Na2S （0≤y≤0.03）和xmol/L NaOH+ 0.01mol/L Na2S（0.01≤x≤1） 为电解液，得到了硫化 镉薄膜。