甲磺酸体系电沉积法制备电沉积铜用新型铅合金阳极材料性能研究

通过电化学方法研究甲基磺酸体系中电沉积得到的纯Pb、Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)(均为质量分数)合金阳极在CuSO4-H2SO4体系下的电化学性能,结果表明新型的Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极电催化性能和耐蚀性能均比Pb-Sn(0.6%)和纯Pb阳极优异。采用扫描电子显微镜观察了3种合金材料极化24h后的表面形貌,图像显示纯Pb表面疏松多孔,大部分区域出现了裂纹,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金阳极表面形貌比较均匀和致密。X射线衍射表明,Pb-Sn(0.6%)和Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)合金材料对应的PbO2和PbO的衍射峰比纯Pb强,且Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极材料PbO2的衍射峰最强,说明Pb-Sn(0.6%)-Sb(0.6%)阳极的导电性最好。

电沉积铜的工艺参数对镀层硬度及电阻率的影响

通过改变镀铜工艺中的阴极电流密度参数 ,测定所获得镀铜层的硬度及电阻率 ,发现阴极电流密度与镀铜层的硬度及电阻率之间的变化趋势 ,硬度与电阻率的时间效应。

电沉积铜的电阻率和硬度的时间效应

为了研究钢基体上电沉积铜的电阻率和硬度随阴极电流密度及时间的变化规律,通过制备不同电流密度的电沉积铜样品,分别采用直流电桥式电阻仪和显微硬度计测定样品的电阻率和硬度.结果表明,电沉积铜的硬度和电阻率随阴极电流密度增大而提高,然而经时效时理后会下降.阴极电流密度增加,电沉积铜层的晶粒变小,而时效处理能够提高晶粒度和降低缺陷密度.

超大集成电路互连线电沉积铜的研究动态

铜具有比铝更低的电阻率、更优异的抗电迁移性能,使用铜作为互连线材料不但可以减少RC延迟,而且还能提高集成电路的可靠性。在超大规模集成电路(ULSI)制造中用铜取代铝作为互连材料的铜互连技术发展非常迅速,铜互连工艺采用了许多新的技术,其中电沉积铜就是核心技术之一。介绍了目前ULSI铜互连中电沉积铜技术所涉及到的镀液组成、脉冲电流的应用、电沉积装置和性能等方面的研究状况。

电沉积铜层的力学和电学性能的研究

通过改变镀铜工艺中的阴极电流密度参数 ,测定了所获得镀铜层的硬度及电阻率。结果发现 ,镀铜层的硬度和电阻率开始都随阴极电流密度的增加而增加 ,当阴极电流密度大到一定程度时 ,它们的值又都达到平衡 ;而经过时效处理后 ,镀铜层的硬度和电阻率随时间的积累均呈减小的趋势 。

电沉积铜薄膜中的内应力与织构特征

利用X射线衍射方法分析了电沉积铜薄膜的内应力及其织构特征。结果表明,随薄膜厚度的增加,薄膜内应力增大。电沉积铜薄膜具有较强的(220)丝织构,随着铜薄膜内应力的增加,(220)丝织构增强,同时叠加有板织构的特征。

钕铁硼在CuCl-EMIC离子液体中电沉积铜层的研究

目的开发一种新型的环保型钕铁硼表面镀铜技术。方法采用CuCl-EMIC离子液体,对钕铁硼基体进行阳极活化前处理,在其表面电沉积铜。通过电化学工作站测试CuCl-EMIC离子液体的循环伏安曲线和镀铜样品的动电位极化曲线,运用扫描电子显微镜、能谱分析仪和X射线粉末衍射仪,考察钕铁硼基体和铜镀层的微观形貌、成分组成和相结构,利用粗糙度仪和拉拔试验仪检测钕铁硼表面的粗糙度和其上铜镀层的结合力。结果物质的量之比为2∶3~3∶2的CuCl-EMIC离子液体在室温下熔融,可在其中电沉积得到晶态铜。物质的量之比为1的CuCl-EMIC离子液体有更大的还原峰值电流密度。钕铁硼基体经过20~30mA/cm^2的电流密度阳极活化后,表面变得平整,孔洞减少,活化后钕铁硼表面的铜镀层均匀致密,结合力达9.2MPa以上。钕铁硼表面铜镀层的孔隙率随着镀层厚度的增加而减小,当厚度为6μm时,镀铜试样的腐蚀电位与纯铜相近,孔隙率为0.00523%。结论采用物质的量之比为1的CuCl-EMIC离子液体,可以通过阳极活化得到平整、孔洞少和无氧化膜的钕铁硼基体表面,在其上电沉积可得到致密均匀且结合力好的薄铜层。

在不连续Pd粒子覆盖的非导体表面电沉积铜的研究

考察了在覆盖有分散Pd粒子的非导体表面电沉积铜的初始阶段,发现非导体在电沉积前的面电阻达到100MΩ/cm时可实现较快速度的电沉积。铜层生长前沿分为厚镀层区和薄镀层区两部分,厚镀层区外观为红色,形成致密的结晶;薄镀层区颜色发黑,小的铜晶粒在高能表面首先生成。离挂具点近的地方结晶致密,反之则结晶稀疏。SEM照片显示出最初沉积的铜层是以Pd为沉积点的不规则块状,其大小为2～5μm2,随后在众多连续状上有晶体缺陷的高能表面沉积出具有立方形状的铜晶体。电沉积铜过程的推动力是生长前沿高达106A/dm2的电流密度,先沉积的铜层起到挂具的作用直到非金属表面被完全覆盖。

铜铝双金属复合离子液体的电化学行为及电沉积铜机理

铜铝双金属复合离子液体是新型碳四烷基化技术所用的绿色催化剂,电化学处理是回收工业应用过程外排复合离子液体中金属铜的有效途径之一,为此需要深入研究其电化学行为和电沉积铜机理。循环伏安研究发现,铜铝双金属复合离子液体在Pt盘电极、W盘电极和玻碳电极上的还原过程均包括铜的欠电势沉积、Cu(Ⅰ)的还原和铜的超电势沉积,氧化过程均包括Cu→Cu(Ⅰ)、Cu(Ⅰ)→Cu(Ⅱ)。计时安培研究表明,铜的成核方式为三维瞬时成核。长周期实验结果显示Cu(Ⅰ)的浓度随着时间下降的趋势变缓,表明电沉积铜速率逐步下降。电沉积电势对沉积产物的形貌影响较大,-2.60 V下的产物形貌更平整致密。XRD结果表明在-1.20~-2.60 V电势下阴极电沉积只生成金属铜。

基于压印的POLYIMIDE衬底金属图形化及原位电沉积铜锡氢气传感器

介绍了一种基于压印和聚酰亚胺(PI)表面离子交换技术,实现市售的柔性PI胶带上微米级线条的金属图形化方法,并通过原位电沉积、热氧化制备氢气传感器。通过压力辅助,并利用PDMS软模印章,在PI薄膜上图形化形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)阻挡层,结合PI改性的金属图形化工艺,实现了柔性PI衬底上的耐弯曲、耐腐蚀的金属镍叉指图形。利用电沉积技术,在叉指电极的微米级间隙内形成Cu Sn枝状结构连接,通过在空气中高温热氧化制备形成金属氧化物气体传感器,实验测试其对氢气有良好响应。

微纳器件中电沉积铜工艺的研究

研究并讨论了用于微纳电子器件的电沉积铜工艺。通过在硅片上电镀铜,分析电镀时间、电流密度、温度等参数对镀层影响,利用SEM观察形貌变化,XRD分析镀层的物质结构,四探针直流电阻测试仪测试镀层电阻率。结果表明,当电镀液选择柠檬酸盐体系,电流密度为1 A·dm^(-2),电镀液温度42℃,电镀时间为29.5 min时,镀铜层厚度为6 um,铜镀层结晶细小,所含杂质少,排列最致密,表面平整,导电性能良好,质量优越,适用于微纳器件,具有很好的实用价值。

NaCl-KCl-MgCl_(2)-Cu_(2)S熔体中铜电沉积的电化学机理

面对能源与环境危机的挑战,绿色冶金技术成为业内关注的焦点。以硫化铜矿为原料的火法炼铜过程产生大量的有害气体SO2,需要消耗额外的能源进行转化。相比之下,采用熔盐电解法直接将铜硫化物电分解为金属铜和单质硫,电解过程对环境友好。对700℃下NaCl-KCl-MgCl_(2)-Cu_(2)S熔盐体系中电沉积铜的阴极电化学过程进行研究。结果表明,Cu+通过一步单电子转移电化学反应生成Cu,电极过程由扩散传质控制,扩散系数为1.23×10^(-5) cm^(2)/s;Cu电沉积的成核生长为扩散控制的三维瞬时成核生长机理,形核成长为几十纳米至数微米大小的不规则颗粒微结构。

铜电化学沉积在微孔金属化中的应用

以分布有微孔的印刷线路板(PCB)作为模板,按照PCB孔金属化工艺路线,研究乙醛酸化学镀铜和柠檬酸盐体系铜电沉积工艺在PCB微孔金属化中的应用.结果表明,乙醛酸化学镀铜和柠檬酸盐体系电沉积铜可以成功地应用于PCB微孔金属化加工工艺中.微孔化学镀铜金属化导电处理后,铜附着于微孔内壁,颗粒细小,但排列疏松且局部区域发生漏镀现象.微孔一经电镀铜加厚,镀层电阻显著下降;孔壁内外的铜沉积速率达到0.8:1.0;铜颗粒具有一定的侧向生长能力,能够完全覆盖化学镀铜时产生的微小漏镀区域;微孔内壁铜镀层连续、结构致密并紧密附着于内壁,大大增强了PCB上下层互连的导电性能.

有机染料对酸性镀铜电沉积的影响

为了有效地研究添加剂对铜电沉积的影响,选择合成了有机染料酸性镀铜添加剂AQ,用旋转圆盘电极动电位扫描、交流阻抗和微分电容等方法研究其对铜离子电沉积过程的影响,得到了铜的电沉积机理。发现这种染料主要影响亚铜离子的放电还原过程,具体表现为染料与亚铜离子形成配位化合物[AQCu(Ⅰ)]吸附在电极表面,阻碍吸附铜原子在晶面扩散结晶的过程。原子力显微镜对镀层微观形貌观察表明,AQ是性能良好的酸性镀铜添加剂。

砷、锑和铋对铜电沉积及阳极氧化机理的影响

采用循环伏安及交流阻抗研究As(Ⅲ,Ⅴ),Sb(Ⅲ,Ⅴ)和Bi(Ⅲ)对铜电沉积及阳极氧化机理的影响。研究结果表明:电解底液循环伏安分别在0.06V和-0.25V出现还原峰a和b,在0.10V和0.23V出现氧化峰b′和a′。As(Ⅲ)加速铜的电沉积,As(Ⅴ),Sb(Ⅲ,Ⅴ)和Bi(Ⅲ)均改变铜的沉积机理,使两步反应变成一步反应,其中,加入Sb(Ⅲ,Ⅴ)和Bi(Ⅲ)的电解液在?0.13V附近出现杂质Sb和Bi的还原峰;这些杂质均抑制铜的氧化反应,改变阳极氧化机理,使两步氧化变为一步氧化反应;将As(Ⅲ,Ⅴ),Sb(Ⅲ,Ⅴ)和Bi(Ⅲ)单独加入电解液中,电极过程均产生电活性物质吸附,均使电极过程阻抗减小。

强磁场下铜电沉积层表面形貌及织构的研究

利用SEM和XRD研究了无磁场和2 T～10 T强磁场中电流密度和磁感应强度对铜电沉积层表面形貌及择优取向的影响。结果表明:无磁场下,表面晶粒随电流密度增加而增大,同时伴随氢气析出而导致气孔出现,施加10 T磁场后,表面晶粒随电流密度增加呈分裂细化趋势。同时氢气析出被抑制。强磁场施加使(220)晶面织构得到抑制,而(111),(200),(311)等晶面的织构得到增强,但无论是否施加磁场,在200A／m2～630A／m2的电流密度下,铜电沉积层仍保持(220)的优先生长方向。

生物浸出反萃液对铜电沉积物形貌的影响

利用生物浸出液的反萃液进行电沉积铜的研究,采用高倍扫描电镜及能谱分析等手段,在无添加剂条件下,发现用不可溶阳极得到的沉积物比用铜作可溶阳极得到的沉积物表面形貌更规则、致密;用石墨作不可溶阳极,得到沉积物中铜的含量较高,没有发现硫,氧含量比用可溶阳极得到的电沉积铜要低得多;在不可溶电沉积条件下,发现添加剂对电沉积铜有利,以胶和硫脲作添加剂得到的阴极铜沉积物呈树枝状,结晶致密、表面光滑,而以EDTA作添加剂得到的铜沉积物呈块状,表面松散、不光滑。

铜-钨复合镀层电沉积工艺及其性能

采用复合电沉积的方法，通过在镀铜液中加入直径为1～3μm的钨颗粒，在纯铜表面制备了铜—钨复合镀层。研究了镀液中钨质量浓度、阴极电流密度、搅拌速率、镀液温度等工艺参数对镀层中钨质量分数的影响，测定了复合镀层的显微硬度和接触电阻。得到了复合电沉积的最优工艺为：钨质量浓度35g／L，电流密度4A／dm2，搅拌强度600r／min，温度50℃。所得铜—钨复合镀层具有合适的显微硬度（98．5—112．0HV）、稳定且较低的接触电阻及较长的电接触寿命，可以取代AgCdO触头。

电化学扫描隧道显微术:以Cu在Au(111)表面初始阶段电沉积为例

电化学扫描隧道显微术能在电解质溶液中获得随电位变化的电极表面高空间分辨率的结构信息及跟踪某些反应过程,为从高空间分辨率的角度理解界面结构和电极过程提供了一种强有力的手段。本文以电化学扫描隧道显微术研究Cu在Au(111)上电沉积初始阶段过程为例,与读者交流电化学扫描隧道显微术实验方面的经验,涉及实验装置、实验操作、实验步骤和注意事项等。