構造制御された機能性無機化合物薄膜の水溶液プロセスによる作製

水溶液法制备结构可控的功能性无机化合物薄膜

• 批准号: 09750747
• 负责人: 吉田 司
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750747/
• 关键词: 半導体; 薄膜; 化学析出; 電気化学析出; エピタキシャル成長; 硫化カドミウム; 色素; 自己組織化; 水溶液プロセス; 硫化亜鉛

水溶液中での化学的、電気化学的な反応を利用した金属硫化物薄膜の析出に関して、前年度までの薄膜形成機構に関する基礎的検討をさらに掘下げると共に、新規な反応系における薄膜作製についても取り組んだ.チオアセトアミドとカドミウム塩を含む酸性溶液からの硫化カドミウム薄膜作成について、薄膜成長の詳細な速度論的解析を行い,基板上での電気化学的プロトン還元が基板表面状態を制御し、反応中間種となるカドミウム錯体の分解を促して、atom by atomなCdS薄膜の成長が実現されていることが明らかとなった。すなわち本系におけるCdS薄膜の形成はいわゆるメッキプロセスとは異なり、電気化学反応によって誘起された化学析出であると理解される。新規な反応系として金属チオシアナト錯体の電気化学的還元による金属硫化物薄膜の作製に取り組んだ。チオシアナト錯体の分解による溶液中での金属硫化物の形成は起こらないが、これらを電気化学的に還元すると、基板電極上でのみ金属硫化物の析出が起こる。SCN^-イオンのS原子での配位を許容する柔らかい酸であるCd^<2+>,Co^<2+>,Ni^<2+>,Pd^<2+>などはこの反応に従うが、N原子での配位のみを許容する硬い酸のZn^<2+>,In^<3+>については金属硫化物の形成が起こらず、電極反応種の化学構造が硫化物形成に関わっている事が明らかとなった。本系における薄膜成長は溶液中での反応の影響を全く受けないことから、atom by atomな薄膜成長を実現し、CdS(002)//Ni(111)のへテロエピタキシーを可能とした。上記の研究の他、溶液中に共存する化学種による薄膜構造制御にも取り組んだ。硝酸亜鉛水溶液からの酸化亜鉛薄膜のカソード析出において、スルホン酸基を有する水溶性の有機色素を浴中に共存させることにより、これらの色素分子で表面修飾された酸化亜鉛薄膜が得られ、その光電気化学測定から膜中に導入された色素が酸化亜鉛に対する増感剤として機能することが明らかとなった。また、色素分子の吸着はZnOの結晶成長に影響を及ぼし、薄膜の構造を著しく変化させることも明らかとなった。

关于利用水溶液中的化学和电化学反应沉积金属硫化物薄膜，我们将进一步深入研究去年为止的薄膜形成机理的基础研究，并致力于利用新的反应体系进行薄膜生产。硫代乙酰胺我们对从含有镉盐的酸性溶液中生产硫化镉薄膜的薄膜生长进行了详细的动力学分析，发现基材上的电化学质子还原控制了基材的表面状态，并且镉络合物变成了活性催化剂。促进原子的分解。很明显，通过原子生长 CdS 薄膜已经实现。换句话说，该系统中CdS薄膜的形成不同于所谓的电镀过程，并且被理解为由电化学反应引起的化学沉淀。作为一种新的反应体系，我们尝试通过金属硫氰酸盐配合物的电化学还原来制备金属硫化物薄膜。硫氰酸盐络合物的分解不会导致溶液中金属硫化物的形成，但这些的电化学还原导致金属硫化物仅在基底电极上沉淀。允许SCN ^- 离子与S原子配位的软酸例如Cd ^ 2+ 、Co ^ 2+ 、Ni ^ 2+ 和Pd ^ 2+ 遵循该反应。 Zn^<2+>和In^<3+>是仅允许在N原子处配位的硬酸，不会发生金属硫化物形成，并且电极活性物质的化学结构不会导致硫化物形成。很明显他们参与其中。由于该系统中的薄膜生长完全不受溶液中反应的影响，因此我们实现了逐原子薄膜生长，并实现了 CdS(002)//Ni(111) 的异质外延。除了上述研究之外，我们还致力于利用溶液中共存的化学物质来控制薄膜的结构。在由硝酸锌水溶液阴极沉积氧化锌薄膜时，通过在浴中共存具有磺酸基的水溶性有机染料，可以获得用这些染料分子进行表面改性的氧化锌薄膜，其光电化学测量表明，引入薄膜中的染料起到了氧化锌敏化剂的作用。研究还表明，染料分子的吸附影响了ZnO晶体的生长，并显着改变了薄膜的结构。

项目成果

K.Yamaguchi, T.Yoshida, et al.: "One-Step Electro Deposition of CdS/ZnS Bilayer from an Aqueous Mixture of Cd^<2+> and Zn^<2+>" Journal of Materials Research. (印刷中).

K. Yamaguchi、T. Yoshida 等人：“从 Cd^2+ 和 Zn^2+ 的水性混合物中一步电沉积 CdS/ZnS 双层”《材料研究杂志》。

T.Yoshida, et al: "Chemical Bath Deposition of Band Gap Tailored Indium Sulfide Thin Films" K.Rajeshwar, et al.(Eds.),Proc.Photoelectrochemistry,The Electrochemical Society,Inc.,Pennington,HJ. 97-20. 37-57 (1997)

T.Yoshida 等人：“带隙定制的硫化铟薄膜的化学浴沉积”K.Rajeshwar 等人（编辑），Proc.光电化学，电化学协会，Inc.，Pennington，HJ。

D.Schlettwein, T.Yoshida: "Electrochemical Reduction of Substituted Cobalt Phthalocyanines Adsorbed on Graphite" Journal of Electroanalytical Chemistry. (印刷中).

D. Schlettwein、T. Yoshida：“石墨上吸附的取代钴酞菁的电化学还原”电分析化学杂志（正在出版）。

K.Yamaguchi, T.Yoshida,et al.: "One-Step Electrodeposition of CdS/ZnS Bilayer from an Aqueous Mixture of Cd^<2+> and Zn^<2+>" Journal of Materials Research. 13・4. 917-921 (1998)

K. Yamaguchi、T. Yoshida 等人：“从 Cd^<2+> 和 Zn^<2+> 的水混合物中一步电沉积 CdS/ZnS 双层”材料研究杂志 13・4。 917-921 (1998)

K.Hayashi, T.Yoshida, et al.: "La_<1-X>Sr_XMnO_<3->YSZ Composite Film Electrodes Prepared by Metal-Organic Decomposition for Solid Oxide Fuel Cells" Materials Science & Engineering,B. B49. 239-242 (1997)

K.Hayashi，T.Yoshida，等：“用于固体氧化物燃料电池的La_<1-X>Sr_XMnO_<3->YSZ复合膜电极通过金属有机分解制备”材料科学