Cu2O 电沉积中的衬底效应与扩散主导的粗糙化

在室温下从水溶液中，于 n-Si(100) 和 Ni/n-Si(100) 衬底上电沉积了厚度从 25 nm 到 1500 nm 的氧化亚铜（Cu2O）薄膜。X 射线衍射和透射电子显微镜成像表明，Cu2O 的结构和形貌受衬底选择的强烈影响，在 n-Si(100) 和 Ni/n-Si(100) 上分别呈现 V 形和 U 形柱状生长。原子力显微镜显示，在两种情况下表面均存在圆形晶粒。分别在 n-Si 和 Ni 上生长的薄膜中观察到了反常粗糙化和正常粗糙化，但标度指数的估计尚无定论。另一方面，局部高度、粗糙度和极值高度的分布与 Mullins 和 Herring (MH) 四阶线性随机方程的结果高度吻合。因此，两个系统中的表面动力学均由吸附分子的扩散主导，来自溶液的质量通量或反应和吸附速率中可能存在的不均匀性没有产生大尺度效应。在 n-Si 衬底上的生长中，MH 方程的噪声幅度随时间以 $t^{0.8}$ 增长，而与曲率相关项的系数与时间无关。台阶边缘能垒限制了跨晶界的质量通量，因此初始晶粒的宽尺寸分布导致较大晶粒的粗化。这解释了它们在最厚薄膜中的 V 形，并建立了与反常粗糙化的联系。这些效应在 Ni/n-Si 上生长的薄膜中有所减弱，因为后者最初具有大得多的晶粒和较窄的尺寸分布，从而导致粗粒化生长速率中的波动较小。