The role of surface defects in HOPG on the electrochemical and physical deposition of Ag

Abstract

The role of defects on a substrate surface during the initial stages of nucleation and growth of Ag deposited electrochemically and physically on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) has been observed ex situ by scanning tunneling microscopy (STM). The silver was electrodeposited under current controlled electrochemical conditions at 26 mu A/cm(2), which corresponded to a deposition rate of 0.1 monolayers (ML) per second. For comparison, physical deposition of Ag on HOPG was performed by DC Ar+ ion sputtering, at the same deposition rate and for the same deposition times. In both cases, Ag grows in an island growth mode, but the distribution of the islands appears to be quite different. In physical deposition, the Ag islands are almost homogeneously distributed over the substrate surface and a slight accumulation of islands on steps does not contribute significantly to the overall morphology. This indicates the crucial role of point defects on the substrate in the initial stages of nucleation. In electrochemical deposition, more lined defects are observed after a flow of current, and their role in the beginning of the nucleation is more pronounced. Lined defects are responsible for the string-like shaped domains of deposited atoms. Also, the existence of string-like shaped nucleation exclusion zones is indicated. The problem of the formation of nucleation exclusion zones, which appear only in electrochemical deposition, has been reconsidered and a new explanaton of their formation is given. A mathematical model for the calculation of the radius of the nucleation exclusion zone has been developed.

Uloga defekata na površini supstrata u početnim stadijumima nukleacije i rasta Ag deponovanog elektrohemijski i fizički na visoko orijentisani grafit (HOPG) je ispitivana ex situ tehnikom skanirajuće tunelirajuće mikroskopije (STM). Elektrodepozicija srebra je izvedena galvanostatski, sa gustinom struje od 26 µA/cm2 , što je odgovaralo brzini depozicije od 0,1 monosloja (ML) po sekundi. Poređenja radi, fizička depozicija Ag na HOPG je izvedena spaterovanjem sa DC Ar+ jonima, sa istom brzinom depozicije i za ista vremena depozicije. U oba slučaja je zapažen ostrvski rast Ag, ali se ispostavilo da je raspodela ostrva po površini sasvim različita. Nakon fizičke depozicije, ostrva srebra su skoro homogeno raspore|ena po površini, i slaba akumulacija ostrva na stepenicama ne doprinosi značajno ukupnoj morfologiji. Ovo ukazuje na presudan značaj tačkastih defekata na površini supstrata na početne stadijume nukleacije. Nakon elektrohemijske depozicije, primećeno je više linijskih defekata na samoj površini supstrata, i pokazano je da je njihova uloga u početku nukleacije mnogo izraženija. Linijski defekti su odgovorni za nastajawe trakastih oblasti sa deponovanim atomima. Takođe, ukazano je na postojanje trakastih zona isključenja. Problem zona isključenja u toku elektrohemijske depozicije je ponovo razmatran i ponu|eno je novo objašnjenje za njihovo nastajanje. Dat je matematički model za izračunavanje prečnika zone isključenja.