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研究生: 陳宥蓁
Chen, Yu-Chen
論文名稱: 離子液體中電沉積InSb薄層及其電化學、結構組成與光電性質探討
Electrodeposition、Structural Property and Optiacl Characterization of InSb Thin Film from Ionic Liquids
指導教授: 孫亦文
Sun, I-Wen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 化學系
Department of Chemistry
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 177
中文關鍵詞: 電沉積半導體銻化銦離子液體
外文關鍵詞: Indium antimonide, electrodeposition, semiconductor, ionic liquids
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  • 在本研究當中主要是利用室溫型離子液體1-Butyl-1-methylpyrrolidium Dicyanamide,BMP-DCA系統來進行銦(Indium)、銻(Antimony)以及銻化銦(Indium Antimonide)之電化學探討以及結構組成分析,最後進行InSb薄層之光電性質鑑定。
    由於DCA-本身為優良的路易斯鹼,可幫助金屬鹽類溶解,簡化了實驗步驟,並且更進一步影響了這些金屬在離子液體系統中之電化學性質。
    在In的部份會發現其電化學性質與其他溶液系統下明顯不同,而這部分的差異可能源自於DCA-的配位以及In之本身特性所造成的差異。而Sb(0)在本系統當中由X光繞射分析可以得知其為非晶相結構。
    而在本研究當中利用成本較低廉之電沉積的方式製作InSb薄層,相較於水溶液,在此系統下可以不添加錯合劑而沉積出In比Sb為一比一之鍍層,而InSb薄層經過分析後得知其分佈均勻、覆蓋率與附著力佳且平坦,並且由XRD訊號可以得知此InSb薄層在60℃下不需經由鍛燒即有明顯的晶型,其能隙值為0.173 eV與理論值0.16~0.18 eV接近,並且具有明顯的光電性質,其平帶電位平均值為-0.84 V。更進一步討論其鍍層厚度對其性質之影響可以發現,當鍍層越厚則粒徑越大結晶性越好,能隙值則會逐漸下降。

    In this study, the electrochemical behaviors, and morphologies of Indium (In(Ⅲ)), antimony(Sb(Ⅲ)) and electrodeposition of indium antimonide(InSb) alloys are investigated in a room temperature 1-Butyl-1-methylpyrrolidium Dicyanamide(BMP-DCA) ionic liquid. The optical properties of the InSb thin film are also well studied.
    As dicyanamide (DCA) anion is a Lewis base with good ligand properties, In(Ⅲ) and Sb(Ⅲ) salt could be dissolved in DCA-based ionic liquid by forming complex ions. Moreover, the strong coordination of the anions would influence the electrochemical properties of the metals.
    In, Sb and InSb alloy thin films are fabricated by electrochemical deposition, in which a low cost and efficiency method, without using any complexing agent. Powder X-ray diffraction pattern indicated that Sb is amorphous phase, and the stoichiometric InSb electrodeposits were obtained under 60℃ is crystalline without any thermal annealing treatment after the deposition process.
    The band gap of the InSb thin film obtained from FT-IR is 0.173 eV which is very close to the reported value of 0.16~0.18 eV, the average flat band potential was -0.84 eV, the results also show that grain size increases with increasing deposition charge; as a result, the band gap decreases.

    中文摘要 I Abstract II 誌謝 III 本文目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 XXIII 第一章 緒論 1 1-1 離子液體(ionic liquid) 1 1-1-1 Dicyanamide anion based離子液體之特性及其發展 4 1-2 在離子液體中電沈積半導體材料 9 1-3 銦(Indium)、銻(Antimony)與銻化銦(indium antimonide) 11 1-3-1 銦(Indium)之性質與文獻回顧 11 1-3-2 銻(Antimony)之特質與文獻回顧 12 1-3-3 銻化銦(InSb)的性質與文獻回顧 13 1-4 研究動機 15 第二章 實驗原理及方法 16 2-1 電化學基本原理 16 2-2 循環伏安法(Cyclic Voltammery) 17 2-3 電流時間法(Chronoamperometry) 19 2-4 電化學成核原理(principle of electrocrystallizaton) 20 2-4-1 成核理論 21 2-4-2 二維空間核成長(Growth of monolayers) 23 2-4-3 三維空間核成長(Growth of three-dimensional centres) 25 2-5 組成粒徑分析 29 2-6 光電性質探討 30 2-6-1 光電效應測試與光化學能隙(Band gap)測試 30 2-6-2 平帶電位(Flat band potential)測試 31 第三章 實驗裝置與儀器 32 3-1 實驗藥品與材料 32 3-1-1 實驗藥品 32 3-1-2 實驗材料 33 3-2 離子液體製備 34 3-2-1 1-Butyl-1-methylpyrrolidium chloride (BMPCl)製備 34 3-2-2 RTIL(Room Temperature Ionic Liquid) 1-Butyl-1-methylpyrrolidium Dicyaniamide (BMP-DCA)製備 35 3-2-3 RTIL(Room Temperature Ionic Liquid) 1-Butyl-1-Methylpyrrolidium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (BMP-TFSI)製備 36 3-3 實驗儀器設備 37 3-3-1 實驗儀器 37 3-3-2 實驗裝置 39 3-4 光電測試 41 第四章 實驗結果與討論 42 4-1 SbCl3在BMP-DCA中電化學性質與鍍層分析 42 4-1-1 SbCl3在BMP-DCA中之電化學行為 42 4-1-2 以定電位方式沉積Sb以及其鍍層分析 56 4-2 InCl3在BMP-DCA中電化學性質與鍍層分析 59 4-2-1 InCl3在BMP-DCA中之電化學行為 59 4-2-2 以定電位方式沉積In以及其鍍層分析 89 4-3 InSb在BMP-DCA中之電化學以及鍍層結構與性質分析 100 4-3-1 InSb在BMP-DCA中之電化學行為 100 4-3-2 以定電位沉積InSb及其鍍層分析 106 4-3-3 InSb鍍層之光電性質探討 127 4-3-4 改變鍍層沉積電量進行探討 133 4-3-5 不同電量沉積對於薄層影響之探討 136 第五章 結論 144 第六章 BMP-TFSI系統下之結果與討論 146 6-1 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-之電化學行為及鍍層分析 146 6-1-1 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-之電化學行為探討 146 6-1-2 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-之電沉積及其分析 150 6-2 SbCl3/BMP-TFSI with Cl-之電化學行為及鍍層分析 158 6-2-1 SbCl3/BMP-TFSI with Cl-之電化學行為 158 6-2-2 SbCl3/BMP-TFSI with Cl-之電沉積及其分析 162 6-3 InCl3/BMP-TFSI之電化學行為及鍍層分析 166 6-3-1 InCl3/BMP-TFSI之電化學行為探討 166 第七章 參考資料 169 Extended Abstract 175 圖 1-1 1 液態鹽與熔融鹽之分類圖2。 1 圖 1-1 2 離子液體中常見的陽離子基本形態。 3 圖 1-1 3 [1]dicyanamide anion based;[2] imidazolium;[3] quaternary ammonium;[4] pyrrolidinium8。 5 圖 1-1 4 dicyanamide anion based之熱性質8。 5 圖 1-1 5 BMP-DCA,1-Butyl-1-methylpyrrolidium Dicyanamide結構示意圖。 6 圖 1-1 6 BMP-DCA、BMP-TFSI、EMI-DCA之電位窗,循環伏安法由開路電位往負電位掃描,掃描速度為50 mV/s,溫度35℃。 7 圖 1-2 1 化合物之能隙(band gap)與晶格常數(lattice constant)之關係圖。 10 圖 1-3 1 In(Ⅲ)在含氯離子的水溶液當中不同pH影響不同物種的生成,濃度為0.5 m M InCl3在含有0.1 M KCl水溶液當中,溫度為25℃37。 12 圖 2-2 1循環伏安法之電位-時間圖。 18 圖 2-2 2循環伏安法之電流-電位圖。 18 圖 2-4 1電極表面上與種形成與成長過程示意圖。 20 圖 2-4 2簡單成核能量理論示意圖。 21 圖 2-4 3電極表面瞬時成核與逐步成核示意圖。 23 圖 2-4 4二維空間核成長示意圖。 23 圖 2-4 5二維空間核成長圖,包含瞬時成核(instantaneous nucleation)以及逐步成核(progressive nucleation)。 24 圖 2-4 6三維核種中心成長示意圖。 25 圖 2-4 7三維空間核成長圖,包含瞬時成核以及逐步成核。 27 圖 2-4 8三維空間成長之i-t曲線圖(左圖)以及將其經過換算後所得到的值與理論值作比較,由此圖可以得知此系統為逐步成核反應(右圖)。 27 圖 2-6 1 金屬、導體以及半導體之能隙示意圖。 31 圖 3-2 1 BMPCl合成流程圖。 34 圖 3-2 2 BMP-DCA合成流程圖。 35 圖 3-2 3 BMP-DCA合成流程圖。 36 圖 3-3 1電化學反應槽示意圖。 39 圖 3-3 2 以In絲浸入25 mM InCl3中測量其ocp變化,所使用的參考電極為白金絲浸在BMP-DCA溶液中。溫度35℃。 40 圖 3-4 1光電測試之電化學設備。 41 圖 4-1 1 SbCl3/BMP-DCA中不同電極上的CV圖。SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 43 圖 4-1 2 (A)以GC做為工作電極在50 mM SbCl3/BMP-DCA中不同折返電位進行掃描;(B)在GC電極表面沉積Sb(0)後在空白BMP-DCA中進行掃描。掃速50 mV/s,溫度35℃。 44 圖 4-1 3 SbCl3/BMP-DCA中不同折返電位之CV圖,電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 45 圖 4-1 4 SbCl3/BMP-DCA連續多圈CV,範圍由-0.5 V至-1.5 V,掃描五圈。 --- 為第一圈。工作電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 46 圖 4-1 5 SbCl3/BMP-DCA不同掃速之CV圖。電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速7.5、10、30、50、70 mV/s,溫度35℃。 48 圖 4-1 6 以電流密度(ipa/cm-2)對掃描速度開平方更(v1/2)做圖。電極GC,SbCl3濃度50 mM,溫度35℃。 48 圖 4-1 7不同溫度下SbCl3/BMP-DCA中之CV圖。工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度為35、60℃。 49 圖 4-1 8 不同環境下之50 mM SbCl3之CV圖比較,(A)BMP-DCA;(B)BMP-TFSI;(C)BMP-TFSI加入0.2 M BMPCl。掃速50 mV/s,溫度35℃,SbCl3濃度50 mM。 50 圖 4-1 9 以電位階升法在SbCl3/BMP-DCA中所得數據。工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,溫度35℃。 52 圖 4-1 10 SbCl3/BMP-DCA之電流密度對時間圖與成核曲線圖。工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,溫度為35℃。 54 圖 4-1 11 SbCl3/BMP-DCA系統當中(A)核種密度(nuclear density);(B)核種半徑(nuclear radius) 。工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,溫度為35℃。 54 圖 4-1 12 SbCl3/BMP-DCA在不同電位下電沉積之鍍層。(A)0.16 V;(B)0.089 V;(C)-0.225 V。SbCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 57 圖 4-1 13 SbCl3/BMP-DCA在不同電位下電沉積之鍍層(A)0.3 V;(B)0 V;(C)-0.3 V。SbCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 58 圖 4-2 1 InCl3/BMP-DCA中不同電極上的CV圖。InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 60 圖 4-2 2 InCl3:EMI-DCA為1:2之CV圖。工作電極為GC,掃速50 mV/s,溫度60℃。 62 圖 4-2 3 InCl3:EMI-DCA為1:2於-0.3 V之電沉積SEM圖。基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 62 圖 4-2 4 (A)以GC作為工作電極之CV圖,濃度為50 mM InCl3/BMP-DCA;(B)以In絲在空白BMP-DCA溶液當中由0V往正電位掃描。掃速50 mV/s,溫度35℃。 64 圖 4-2 5在濃度相同的情況下不同In離子來源之CV圖,(---為定電位電解法;—為添加InCl3)。工作電極GC,InCl3濃度16.6 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 64 圖 4-2 6 ---為電解的方式提供In3+離子,逐步添加BMPCl提供Cl-後所造成的CV變化圖。工作電極GC,In3+濃度16.6 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 65 圖 4-2 7 In(Ⅲ)、In(I)、In(0)在離子液體當中的化學反應機制。 67 圖 4-2 8 InCl3/ BMP-DCA溶液在不同預處理之條件下,定電位在-0.3 V之電流密度對時間作圖,其條件分別為: (A)在-1.0 V停留5秒再定電位於-0.3 V,不攪拌;(B)在-0.6 V停留5秒再定電位於-0.3V,不攪拌;(C)在-1.3 V停留5秒後再定電位於-0.3 V,不攪拌;(D)直接定電位於-0.3V並且加以攪拌;(E)直接定電位於-0.3V不加以攪拌。小圖示為利用GC電極作為工作極之CV圖。電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。小視窗為以GC做為工作電極在50 mM InCl3/ BMP-DCA溶液中所的CV圖。 69 圖 4-2 9(A)(B)在InCl3/BMP-DCA中不同電位之電流對時間做圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,溫度35℃,未攪拌。 71 圖 4-2 10(A)(B)在InCl3/BMP-DCA中不同電位之電流對時間做圖。工作電極Ni,InCl3濃度50 mM,溫度35℃,未攪拌。 71 圖 4-2 11 InCl3/BMP-DCA中不同電位之電流對時間做圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,溫度35℃,有攪拌。小視窗為相同條件下大範圍表示圖。 72 圖 4-2 12 InCl3/BMP-DCA中不同折返電位之CV圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 73 圖 4-2 13(A)(B) InCl3/BMP-DCA中不同電位折返之CV圖經過拆解表示圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 74 圖 4-2 14 InCl3/BMP-DCA中對於還原峰(C2’)不同掃速之CV圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速10、30、50、70 mV/s,溫度35℃。 74 圖 4-2 15 InCl3/BMP-DCA中利用GC電極在-0.5 V定電位沉積不同時間後由-0.5 V往正電位掃描所得到的LSV圖,虛線為停滯時間400 s。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 77 圖 4-2 16 InCl3/BMP-DCA中將所得到的相關數據繪成還原電流密度對停滯時間做圖。停滯電位-0.5 V,工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 78 圖 4-2 17 InCl3/BMP-DCA中以不同掃速來進行探討,工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速10、30、50、70 mV/s,溫度35℃,小視窗為掃速1.0 mV/s。 79 圖 4-2 18 InCl3/BMP-DCA中連續多圈CV,往負電位方向開始掃描,範圍由-1.5 V至1.5 V。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 80 圖 4-2 19 InCl3/BMP-DCA連續多圈CV,範圍由-0.1 V至-1.5 V ,取前三圈。小圖示為第二圈。--- 為第一圈。電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 81 圖 4-2 20 利用In絲在含有InCl3之BMP-DCA溶液中所得到的CV圖。(---工作電極為In絲,—工作電極為GC),InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 82 圖 4-2 21 改變不同濃度InCl3之CV圖。工作電極為GC,InCl3濃度10、25、50、75 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 83 圖 4-2 22 為不同溫度下InCl3在BMP-DCA中之CV圖。工作電極為GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度為35、60、90℃。 84 圖 4-2 23 InCl3在不同離子液體中之CV圖。工作電極為GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度為35℃。 86 圖 4-2 24 In(Ⅲ)/In(0)在BMP-DCA之系統下之開路電位對log[In(Ⅲ)]做圖,其截距即為此系統下之形式電位。溫度35℃。 88 圖 4-2 25以Ni電極在濃度為50 mM之InCl3/BMP-DCA溶液當中之CV圖。掃速50 mV/s,溫度為35℃。 89 圖 4-2 26 InCl3/BMP-DCA直接於-0.3 V沉積。InCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 90 圖 4-2 27 InCl3/BMP-DCA在-1.2 V先停留30 S後,於不同電位沉積 (A)-0.17 V;(B)-0.27 V;(C)-0.4 V。濃度50 mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 91 圖 4-2 28 InCl3/BMP-DCA之電流密度對時間做圖。(A)在-1.2 V停滯30 s後回到-0.17 V沉積;(B)在-1.2 V停滯30 s後回到-0.4 V沉積;(C)在-1.2 V停滯30 s後回到-0.27 V沉積;(D)在-0.3 V不做預處理直接沉積。InCl3濃度50mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 92 圖 4-2 29 InCl3/BMP-DCA在還原峰(C2)下不同電位之電沉積結果。(A)-0.75 V;(B) -1.1 V;(C) -1.3 V。InCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 93 圖 4-2 30 InCl3/BMP-DCA在不同電位下電沉積之薄層(A)-0.1 V;(B)-0.28V; (C)-0.73 V;(D)-1.12 V。InCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 96 圖 4-2 31 InCl3/BMP-DCA在不同電位下電沉積之薄層(A)-0.189 V;(B)-0.40 V; (C)-0.64 V。InCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度90℃,電量密度2.0 Ccm-2。 97 圖 4-2 32 InCl3/BMP-DCA不同電位下所得到的In鍍層之XRD分析圖。圖中有打星號者代表在-1.2 V有停滯30S。基材Ni foil,InCl3濃度50 mM,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 98 圖 4-3 1 50 mM InCl3 與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液不同電極上之CV圖。掃速50 mV/s,溫度35℃。 101 圖 4-3 2 50 mM InCl3 與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,在不折返電位之CV。工作電極為GC,掃速50 mV/s,溫度35℃。 101 圖 4-3 3 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,在不同溫度之CV圖。工作電極為GC,掃速50 mV/s,溫度為35、60℃。 103 圖 4-3 4 InCl3與SbCl3、以及InCl3與SbCl3混合之BMP-DCA溶液之CV圖。 (A)50 mM InCl3;(B)50 mM SbCl3;(C)50 mM InCl3+ 50 mM SbCl3。工作電極為GC,掃速50 mV/s,溫度60℃。 103 圖 4-3 5 以GC電極在SbCl3/BMP-DCA系統中在0V沉積120秒後在InCl3/BMP-DCA中由開路電位往負電位掃描。—為InCl3/BMP-DCA,工作電極為GC;---為GC電極表面沉積Sb(0)後做為工作電極進行掃描。InCl3濃度為50 mM,溫度60℃,掃速50 mV/s。 104 圖 4-3 6 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,掃描多圈之CV圖。---為第五圈,工作電極為GC,掃速50 mV/s,溫度為60℃。 105 圖 4-3 7 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,不同電極上的CV圖。掃速50 mV/s,溫度60℃。 107 圖 4-3 8 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,不同電位沉積SEM圖。 (A)-0.25 V;(B)-0.5 V;(C)-0.7 V;(D)-1.0 V;(E)-1.3 V。基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 110 圖 4-3 9 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液下不同電位沉積之元素分析圖。基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 110 圖 4-3 10 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,不同電位沉積SEM圖 (A) 0.1 V;(B)0 V;(C)-0.45 V;(D)-0.55 V;(E)-0.75 V;(F)-0.95 V;(G)-1.05 V。基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 114 圖 4-3 11 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,不同電位沉積結果十萬倍SEM圖,小圖為一萬倍SEM圖。(A)-0.55 V;(B)-0.65 V。基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 115 圖 4-3 12 25 mM InCl3與25 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,不同電位沉積SEM圖。(A)-0.45 V;(B)-0.65 V;(C)-0.85 V。基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 116 圖 4-3 13InCl3濃度與SbCl3濃度相等時混合後之不同電位下之InSb鍍層元素分析結果。基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 117 圖 4-3 14 不同溫度下之InSb鍍層XRD繞射圖,電量密度2.0 Ccm-2。(A) 50 mM SbCl3/BMP-DCA,35℃,-0.3 V;(B) 50 mM InCl3/BMP-DCA,35℃,-0.35 V;(C) InCl3與SbCl3混合之BMP-DCA溶液,35℃,還原電位-0.55 V,濃度皆為50 mM;(D) InCl3 與SbCl3混合於BMP-DCA溶液,60℃,-0.55 V,濃度皆為50 mM。 119 圖 4-3 15 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA 溶液,還原電位-0.55 V,60℃下沉積InSb,利用TEM針對小顆粒做元素分析所得結果,電量密度2.0 Ccm-2。 120 圖 4-3 16 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,60℃下沉積InSb之TEM圖,電量密度2.0 Ccm-2 121 圖 4-3 17 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,60℃下沉積InSb,電量密度2.0 Ccm-2。 121 圖 4-3 18 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,60℃下沉積利用melemental mapping分析所得結果。(A)SEM圖倍率為一萬倍, (B)In(0)之分布;(C)Sb(0)之分布;(D)O之分布;(E)In、Sb、O之分布。基材Ni foil,電量密度2.0 Ccm-2。 123 圖 4-3 19將50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,60℃之沉積之試片鑲埋後以line scan進行元素分析之結果。(A)在0.25 cm2上沉積0.5 C;(B)在0.25 cm2上沉積0.7 C。 124 圖 4-3 20 將50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,60℃之沉積結果以鑲埋灌膠之方式進行剖面SEM觀測。(A)於0.25 cm2上沉積0.5 C;(B)於0.25 cm2上沉積0.7 C。 125 圖 4-3 21 將50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA ,還原電位-0.55 V,60℃之沉積結果進行剖面SEM觀測。(A)於0.25 cm2上沉積0.5 C;(B)於0.25 cm2上沉積0.7 C。 126 圖 4-3 22 50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2,將IR所得數據進一步換算成(αhν)2對hν做圖,經由計算獲得切線程式。 127 圖 4-3 23 利用鎳電極以及在鎳片上電沉積InSb之試片做為工作電極,以Ag/AgCl做為參考電極由開路電位往負電位之CV掃描。溶液為0.2 N之S/S2-緩衝溶液,掃速50 mV/s,溫度35℃。試片製作條件為50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 128 圖 4-3 24鎳片上電沉積InSb之試片做為工作電極進行光暗電流測試之結果,開關燈皆為十秒。溫度35℃,試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 129 圖 4-3 25 以20W之鹵素燈泡所測得之淨電流對電位做圖。其橫軸截距為-0.842V。溫度35℃。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 130 圖 4-3 26以50W之鹵素燈泡所測得之淨電流對電位做圖。其橫軸截距-0.839 V。溫度35℃。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 131 圖 4-3 27以不同瓦數之鹵素燈泡所測得之淨電流對電位做圖。溫度35℃。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 131 圖 4-3 28 經過一連串光電測試之試片之SEM圖。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃,電量密度為2.0 Ccm-2。 132 圖 4-3 29較低電量條件下電沉積之結果。基材為鎳片其面積為0.25 cm-2 (A)電量0.05 C;(B)電量0.15 C;(C)電量0.3 C;(D)電量0.5 C。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 134 圖 4-3 30以含In(0)量對不同電量做圖,基材為鎳片其面積為0.25 cm-2。上色範圍為In比上Sb接近一比一之範圍。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 135 圖 4-3 31薄層厚度對沉積電量做圖,基材為鎳片其面積為0.25 cm-2。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 137 圖 4-3 32 不同電量沉積InSb薄層之XRD分析結果。試片製作條件於下頁。 139 圖 4-3 33 粒徑大小(Grain size)對沉積電量做圖。基材鎳片面積0.25 cm-2。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 140 圖 4-3 34 內應變值(strain value,ε) 對沉積電量做圖。基材鎳片面積0.25 cm-2。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3混合之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 140 圖 4-3 35 錯位密度或稱為磊差排密度(dislocation density,δ) 對沉積電量做圖。基材鎳片面積0.25 cm-2。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3之BMP-DCA溶液,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 141 圖 4-3 36 不同電量下所得試片進行FTIR測量後經由計算所得結果。基材鎳片面積0.25 cm-2。試片製作條件50 mM InCl3與50 mM SbCl3在BMP-DCA,還原電位-0.55 V,溫度60℃。 142 圖 6-1 1 空白BMP-TFSI,由開路電位往正電位掃描所得CV圖。工作電極GC,掃速50mV/s,溫度35℃。 147 圖 6-1 2 SbCl3/BMP-TFSI中不同電極上的CV圖。SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 148 圖 6-1 3 SbCl3/BMP-TFSI中不同濃度之CV圖。工作電極GC,掃速50 mV/s,溫度35℃。 148 圖 6-1 4 SbCl3/BMP-TFSI中不同電為折返之CV圖。工作電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 149 圖 6-1 5 SbCl3/BMP-TFSI添加不同濃度BMPCl後所得到之CV圖。工作電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 149 圖 6-1 6 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-在不同電位下之鍍層。(A)0.64 V;(B)0.20 V;(C)-0.5 V。SbCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 151 圖 6-1 7 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-在0.20 V下沉積之放大倍率SEM圖。 SbCl3濃度50mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 152 圖 6-1 8 SbCl3/BMP-TFSI於60℃之CV圖。工作電極GC,SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s。 153 圖 6-1 9 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-在不同電位下之鍍層。(A)0.80 V;(B)0.73 V;(C)0.60 V;(D)0.20 V;(E)-0.16 V。SbCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 155 圖 6-1 10 SbCl3/BMP-TFSI於120℃之CV圖。SbCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s。 155 圖 6-1 11 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-在不同電位下之鍍層。(A)0.60 V;(B)0.42 V;(C)0.05 V。SbCl3濃度50 mM,基材Ni foil,溫度120℃,電量密度2.0 Ccm-2。 156 圖 6-1 12 SbCl3/BMP-TFSI without Cl-不同電位下所得到的Sb鍍層之XRD分析圖。基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 157 圖 6-2 1 50 mM SbCl3在BMP-TFSI中不同電極上的CV圖。掃速50 mV/s,溫度35℃,BMPCl濃度0.2 M。 158 圖 6-2 2 50 mM SbCl3/ BMP-TFSI由開路電為往正掃描兩圈。—為第一圈掃描,---為第二圈掃描,工作電極GC,掃速50 mV/s,溫度35℃,BMPCl濃度 0.2 M。 159 圖 6-2 3 (A)(B)SbCl3/BMP-TFSI之電流密度對時間圖與成核曲線圖。工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,BMPCl濃度0.2 M,溫度為35℃。 160 圖 6-2 4 SbCl3/BMP-TFSI系統當中(A)核種密度(nuclear density),(B)核種半徑(nuclear radius) 工作電極為GC,SbCl3濃度50 mM,BMPCl濃度0.2 M,溫度為35℃。 160 圖 6-2 5 SbCl3/BMP-TFSI在不同電位下電沉積之鍍層(A)0.135 V;(B)-0.2 V; (C)-0.6 V。SbCl3濃度50mM,BMPCl濃度0.2M,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 163 圖 6-2 6 SbCl3/BMP-TFSI在不同電位下電沉積之鍍層(A)0.25 V;(B)-0.3V。 SbCl3濃度50mM,BMPCl濃度0.2M,基材Ni foil,溫度60℃,電量密度2.0 Ccm-2。 164 圖 6-2 7 SbCl3/BMP-TFSI在不同電位下電沉積之鍍層(A)0.36 V;(B)-0.05 V。 SbCl3濃度50mM,BMPCl濃度0.2M,基材Ni foil,溫度120℃,電量密度2.0 Ccm-2。 165 圖 6-2 8 SbCl3/BMP-TFSI with Cl-不同電位下所得到的Sb鍍層之XRD分析圖。基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 165 圖 6-3 1 InCl3/BMP-TFSI中不同濃度BMPCl之CV圖。工作電極GC,InCl3濃度50 mM,掃速50 mV/s,溫度35℃。 166 圖 6-3 2 InCl3/BMP-TFSI之電流密度對時間圖與成核曲線圖。工作電極為GC,InCl3濃度50 mM,BMPCl濃度100 mM,溫度為35℃。 167 圖 6-3 3為InCl3在BMP-TFSI系統當中(A)核種密度(nuclear density),(B)核種半徑(nuclear radius) 工作電極為GC,InCl3濃度50 mM,BMPCl濃度100 mM,溫度為35℃。 167 圖 6-3 4 InCl3/BMP-TFSI之沉積結果。(A)-0.35 V;(B)-0.90 V。InCl3濃度50 mM,BMPCl濃度100mM,基材Ni foil,溫度35℃,電量密度2.0 Ccm-2。 168 表目錄 表1-1 1dicyanamide salt之熱性質9。 5 表1-1 2 RTIL的物理性質10。 6 表1-1 3利用dicyanamide anion based以電沈積製作不同金屬材料之文獻回顧。 8 表1-3 1 以電化學方式沈積InSb之文獻回顧。 14 表2-4 1成核實驗中i-t曲線知電流最大值tm有關的瞬時成核與逐步成和各參數表示。 28 表 4-1 1 掃描圈數個別氧化還原峰積分值。 47 表 4-1 2 SbCl3/BMP-DCA以GC電極做電階升法所得數據。 51 表 4-1 3不同系統當中Sb(Ш)/Sb(0)之擴散係數比較。 51 表 4-1 4 SbCl3/BMP-DCA系統當中不同電位之核種密度(nuclear density)以及核種半徑(nuclear radius)比較表。 55 表 4-2 1 不同電位折返所得到的氧化還原電流時間積分表。 76 表 4-2 2 InCl3/BMP-DCA中在-0.5 V停滯不同時間之氧化峰(A)還原峰(C)積分值以及其比值(C/A)。 78 表 4-2 3 InCl3/BMP-DCA中不同溫度下之氧化峰(A)還原峰(C)積分值以及其比值(C/A)。 85 表 4-2 4 InCl3/BMP-DCA以GC電極做電階升法所得數據。 87 表 4-2 5 比較In(Ш)/In(0)之擴散係數。 87 表 4-2 6 InCl3/BMP-DCA不同電位所得到的XRD訊號經過換算之百分比。 99 表 4-3 1不同電量下之能隙大小比較表。 143 表 4-3 2 不同電量下之結構性質參數比較表。 143 表 6-2 1 SbCl3/BMP-DCA系統當中不同電位之核種密度(nuclear density)以及核種半徑(nuclear radius)比較表。 161

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