基于脉冲反向函数的电化学沉积高深宽比金纳米结构研究
发布时间：2021-01-15 12:11
电化学沉积金微纳米结构在微电子、MEMS和光电子等领域应用广泛,但传统的氰化物镀液污染大,废液处理困难,现己被许多国家禁止使用。而无毒的亚硫酸金盐镀液由于分散度好,镀层质量高被认为是最具潜力的镀液,但目前它的研究还存在稳定性差、镀层微观形貌不清晰、成核和生长规律不明确等问题。本文提出了一种将新的方波脉冲反向函数引入亚硫酸金盐镀液体系的新思路来研究这些问题。该函数具有正向脉冲电流大、反向脉冲电流小和脉冲占空比低的特点。利用较大的正向脉冲促进晶核形成并进一步生长,反向脉冲抑制晶粒过快生长并刻蚀镀层表面突起,补充到扩散层中,提高离子分布的均匀性。本文深入研究了新型方波脉冲反向函数对电化学沉积过程中晶核形成和竞争生长规律的影响。通过调整脉冲电流密度来调节无毒亚硫酸盐镀液中晶核的成核和生长速率,进而控制微观结构的生长方向。另一方面,通过改变脉冲反向电流来研究其对金薄膜微观形貌和原子排列规律的影响。通过多种表征方法对上述试验结果进行了验证分析,包括利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）重现纳米至微米级镀膜生长过程中的晶粒生长和取向,利用透射式Kikuchi衍射（TKD）、SEM和原子力...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１脉冲电镀形成深槽金属填充结构ｌ１３］??
第一章绪论??图１－１脉冲电镀形成深槽金属填充结构ｌ１３］??其中Ｋ，为常数，Ｋ２为包含阴极电流Ｉｃ的项，与成核需要的能量有关，ｔ！为??材料晶格化的过电势。电流Ｉｃ越大，成核速率就越高。电镀中的沉积过电位由??放电过电位、扩散过电位、反应过电位和结晶过电位组成，决定了镀层晶粒大小、??表面粗糙度和残余应力：１＜］。具体说来，高过电位时沉积速率将变得很快，晶粒尺??寸更小；相反，低电位时沉积速率很慢，晶粒有充足的时间生长。????Ａｎｏｄｅ???，??—？?＋ｖｅ??Ａｕ＊?Ａｕ，?Ａｕ＊?Ａｕ＊?Ａｉｒ??Ａｕ＋?Ａｕ＊?Ａｕ＊?Ａｕ＋?Ａｕ＊?Ａｕ＊??＼ｆ?＼?／??Ｉ—Ｓｅｅｄ?ｌａｙｅｒ??Ｃａｔｈｏｄｅ?＿?ｉ??图１－２电化学沉积金示意图??电化学沉积按照阴极和阳极电流波形分为直流沉积和脉冲沉积
电化学沉积作为制备金薄膜材料和金纳米结构的传统方法，因制备的微纳结??构具有优异的电导特性和强抗腐蚀性等特性引起广泛关注。ＭｏｉｓＡｒｏｙｏ教授等提??出采用施加阴极电流进行脉冲沉积，如图１－３?（ａ），利用阳极脉冲电流对阴极进??行刻蚀，并系统研宂了阴极和阳极脉冲的频率、宽度、振幅等参数在晶核形成和??晶粒生长过程中的作用和共价态阳极极化对沉积过程的影响，也研宄了表面形貌??和残余应力形成的微观机制??Ｍ．?Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ教授则研究了脉冲反向函数电流和氛化物镀液中的电化??学沉积方法，通过对正向脉冲施加一个反向补偿电位形成阴极电流脉冲Ｔｃ和阳??极刻蚀电流脉冲，如图１－３?（ｂ），通过较大的正向脉冲电流促进晶核的生成，然??后通过随后的较小反向脉冲进行阴极刻蚀，抑制晶粒的生长。??（ａ）?（ｂ）??Ｆｏｒｗａｒｄ?Ｔｒｍ??＜?＞?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｔ?Ｔ?Ｔｃ??ｎ?ｒ??Ｔ?＾??ｌ?ｉ??ｉｃ??Ｉ?豸?ｊＡ??．ｉ?Ｏｆｆ?Ｏｆｆ?Ｉ?〇???＿Ｍ＿Ｎ＿Ｉ?门厂｜门「?■??１Ｊ?ｕ?Ｌｉ?ＬＩ?Ｌ?Ｉ?＾??°＊?」ＬＩ．?ＬＪ?ｉ??■＂丨＿＿？?＃?＜?１?＾?’—＾??Ｒｅｖｅｒｓｅ，?ｒ＊．?Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?｜?Ｔａａ??图１－３两种脉冲反向电化学沉积波形示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制[J]. 杜立群,陶友胜,李爰琪,齐磊杰. 航空制造技术. 2017(14)
[2]亚硫酸盐体系置换镀金的性能表征及工艺优化[J]. 李冰,李宁,谢金平,范小玲,宗高亮. 电镀与涂饰. 2016(09)
[3]电解质组成对氯化物体系熔盐电解Mg-La合金的影响（英文）[J]. 王世栋,李权,叶秀深,孙庆国,吴志坚. 稀有金属材料与工程. 2015(07)
[4]Si深刻蚀光助电化学方法的研究[J]. 雷耀虎,郭金川,赵志刚,牛憨笨. 半导体技术. 2010(06)
[5]电流特性和纳米颗粒对电刷镀复合镀层耐腐蚀性能的影响[J]. 郭文才,谭俊,苏强,周亮. 表面技术. 2008(04)
[6]无机熔盐中脉冲铝镀层的研究[J]. 杨占红,王小花,陈建华,李旺兴,周韶峰,周跃华. 轻金属. 2007(06)
[7]电沉积纳米晶镍的研究现状及展望[J]. 徐剑刚,余新泉. 材料导报. 2006(S1)
[8]国外高深宽比微细结构制造技术的发展[J]. 徐惠宇,朱荻. 传感器技术. 2004(12)
[9]化学镀金工艺[J]. 电镀与精饰. 2004(04)
[10]氰化电镀槽液中碳酸盐的影响[J]. 付明. 材料保护. 2002(10)
硕士论文
[1]氰化废水风险评价及处理技术研究[D]. 党龙涛.西安建筑科技大学 2015
[2]硒化镉多晶合成与单晶生长工艺的改进[D]. 何知宇.四川大学 2005
本文编号：2978850
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１脉冲电镀形成深槽金属填充结构ｌ１３］??
第一章绪论??图１－１脉冲电镀形成深槽金属填充结构ｌ１３］??其中Ｋ，为常数，Ｋ２为包含阴极电流Ｉｃ的项，与成核需要的能量有关，ｔ！为??材料晶格化的过电势。电流Ｉｃ越大，成核速率就越高。电镀中的沉积过电位由??放电过电位、扩散过电位、反应过电位和结晶过电位组成，决定了镀层晶粒大小、??表面粗糙度和残余应力：１＜］。具体说来，高过电位时沉积速率将变得很快，晶粒尺??寸更小；相反，低电位时沉积速率很慢，晶粒有充足的时间生长。????Ａｎｏｄｅ???，??—？?＋ｖｅ??Ａｕ＊?Ａｕ，?Ａｕ＊?Ａｕ＊?Ａｉｒ??Ａｕ＋?Ａｕ＊?Ａｕ＊?Ａｕ＋?Ａｕ＊?Ａｕ＊??＼ｆ?＼?／??Ｉ—Ｓｅｅｄ?ｌａｙｅｒ??Ｃａｔｈｏｄｅ?＿?ｉ??图１－２电化学沉积金示意图??电化学沉积按照阴极和阳极电流波形分为直流沉积和脉冲沉积
电化学沉积作为制备金薄膜材料和金纳米结构的传统方法，因制备的微纳结??构具有优异的电导特性和强抗腐蚀性等特性引起广泛关注。ＭｏｉｓＡｒｏｙｏ教授等提??出采用施加阴极电流进行脉冲沉积，如图１－３?（ａ），利用阳极脉冲电流对阴极进??行刻蚀，并系统研宂了阴极和阳极脉冲的频率、宽度、振幅等参数在晶核形成和??晶粒生长过程中的作用和共价态阳极极化对沉积过程的影响，也研宄了表面形貌??和残余应力形成的微观机制??Ｍ．?Ｓ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ教授则研究了脉冲反向函数电流和氛化物镀液中的电化??学沉积方法，通过对正向脉冲施加一个反向补偿电位形成阴极电流脉冲Ｔｃ和阳??极刻蚀电流脉冲，如图１－３?（ｂ），通过较大的正向脉冲电流促进晶核的生成，然??后通过随后的较小反向脉冲进行阴极刻蚀，抑制晶粒的生长。??（ａ）?（ｂ）??Ｆｏｒｗａｒｄ?Ｔｒｍ??＜?＞?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ?ｔ?Ｔ?Ｔｃ??ｎ?ｒ??Ｔ?＾??ｌ?ｉ??ｉｃ??Ｉ?豸?ｊＡ??．ｉ?Ｏｆｆ?Ｏｆｆ?Ｉ?〇???＿Ｍ＿Ｎ＿Ｉ?门厂｜门「?■??１Ｊ?ｕ?Ｌｉ?ＬＩ?Ｌ?Ｉ?＾??°＊?」ＬＩ．?ＬＪ?ｉ??■＂丨＿＿？?＃?＜?１?＾?’—＾??Ｒｅｖｅｒｓｅ，?ｒ＊．?Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ?｜?Ｔａａ??图１－３两种脉冲反向电化学沉积波形示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电化学沉积的高深宽比无源MEMS惯性开关的研制[J]. 杜立群,陶友胜,李爰琪,齐磊杰. 航空制造技术. 2017(14)
[2]亚硫酸盐体系置换镀金的性能表征及工艺优化[J]. 李冰,李宁,谢金平,范小玲,宗高亮. 电镀与涂饰. 2016(09)
[3]电解质组成对氯化物体系熔盐电解Mg-La合金的影响（英文）[J]. 王世栋,李权,叶秀深,孙庆国,吴志坚. 稀有金属材料与工程. 2015(07)
[4]Si深刻蚀光助电化学方法的研究[J]. 雷耀虎,郭金川,赵志刚,牛憨笨. 半导体技术. 2010(06)
[5]电流特性和纳米颗粒对电刷镀复合镀层耐腐蚀性能的影响[J]. 郭文才,谭俊,苏强,周亮. 表面技术. 2008(04)
[6]无机熔盐中脉冲铝镀层的研究[J]. 杨占红,王小花,陈建华,李旺兴,周韶峰,周跃华. 轻金属. 2007(06)
[7]电沉积纳米晶镍的研究现状及展望[J]. 徐剑刚,余新泉. 材料导报. 2006(S1)
[8]国外高深宽比微细结构制造技术的发展[J]. 徐惠宇,朱荻. 传感器技术. 2004(12)
[9]化学镀金工艺[J]. 电镀与精饰. 2004(04)
[10]氰化电镀槽液中碳酸盐的影响[J]. 付明. 材料保护. 2002(10)
硕士论文
[1]氰化废水风险评价及处理技术研究[D]. 党龙涛.西安建筑科技大学 2015
[2]硒化镉多晶合成与单晶生长工艺的改进[D]. 何知宇.四川大学 2005
本文编号：2978850
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