Диссертация (1145499), страница 10
Текст из файла (страница 10)
На рисунке 2.2а для примера представлена51фотографияструктуры,полученнойприперемещенииподложкиотносительно сфокусированного лазерного излучения.Рисунок 2.1 Схема установки по лазерно-индуцированному осаждениюметалла из раствора электролита. 1 – аргоновый лазер; 2,5,11 – поворотныезеркала; 3 – фазовая пластина λ/2; 4 – светоделительный куб; 6 –микрообъектив; 7 – кювета с раствором электролита и подложкой; 8 – лампаподсветки; 9 – трехкоординатный моторизованный транслятор; 10 –оптический фильтр; 12 – ССD камера; 13 – компьютер.Сторона квадрата составляет 15 мм, ширина осажденной дорожки –около 1 мм.
Фокальный объем сфокусированного лазерного пучкаопределяет объем среды, в котором протекает химическая реакциявосстановления, обеспечивая, таким образом, локализованное осаждениеметалла. Преимущества лазерного излучения (пространственная и временнаякогерентность,направленность)позволяютуправлятьреакциейиконтролировать процесс осаждения металла с микронным, а в некоторыхслучаях и субмикронным пространственным разрешением.
При этом в52общем случае лазерный луч может создавать локальный нагрев среды иинициировать, таким образом, химическую реакцию.Осаждение меди наблюдалось в диапазоне мощностей 250-400 мВт[137], при этом скорость сканирования изменялась в пределах от 0,01 до 0,1мм/с. Использование лазерного излучения с мощностью менее 250 мВт неприводило к осаждению металла в области лазерного воздействия. Примощностях более 400 мВт наблюдалось деструктивное влияние лазерногоизлучения как на подложку, так и на осаждаемый металл.На рисунке 2.2б, представлена микрофотография поперечного разрезадорожки, осажденной при мощности лазерного излучения 250 мВт искорости сканирования 0,01 мм/с.абРисунок 2.2 – а) Микрофотография структуры, осажденной при перемещенииподложки относительно сфокусированного лазерного луча.
б)Микрофотография дорожки, осажденной при мощности лазерного излучения250 мВт и скорости сканирования 0,01 мм/с (поперечный срез)1 – подложка, 2 – граница раздела подложка – воздух, 3 – металлическаядорожка над поверхностью подложки, 4 – металлическая дорожка вповрежденной части подложки [138]При указанных параметрах осаждения ширина дорожки составляетоколо 50 мкм, толщина (над поверхностью подложки) – около 25 мкм.
Изрисунка видно, что воздействие сфокусированного лазерного излучения53приводит к повреждению подложки и к осаждению металла в поврежденнойзоне (рисунок 2.2 б) [138]. Значительное отличие размера осажденнойметаллической структуры (50 мкм) от диаметра фокального пятна лазера (5мкм) может быть объяснено высокой теплопроводностью осажденной меди.За счет передачи тепла от области, облучаемой лазерным излучением,реакция может протекать в соседних областях, непосредственно неподверженных воздействию лазерного луча.2.2 Критические параметры для процесса лазерно-индуцированногоосаждения металла из раствора2.2.1 Влияние скорости и количества сканирований лазерного излученияна морфологию осаждаемого металлаИсследование зависимости характера осаждения металла от скоростисканирования при разных мощностях лазерного излучения показало, чтосоздание непрерывных металлических дорожек возможно при любыхмощностях лазерного излучения в исследуемом диапазоне, но только прималых скоростях сканирования (около 0,01 мм/с).
При увеличении скоростисканирования осаждение металла происходит неравномерно, что неизбежноприводит к нарушению сплошности и образованию разрывов. При скоростисканирования 0,1 мм/с и выше металл осаждается в виде отдельных точекзатравок. Этого можно избежать посредством многократного сканирования.Эксперименты по осаждению металла в режиме многократногосканирования проводились при скорости сканирования 0,1 мм/с и мощностилазерного излучения 300 мВт. На рисунке 2.3 представлена фотографиядорожек, осажденных в результате 1-5 сканирований, полученная припомощи сканирующего электронного микроскопа.54аб -N=1в - N=2г- N=3д - N=4е - N=5Рисунок 2.3 – Фотографии дорожек, осажденных в режиме многократногосканирования (мощность лазерного излучения 300 мВт, скоростьсканирования 0.1 мм/с), полученные – при помощи сканирующегоэлектронного микроскопа.
а – общий вид дорожек, осажденных приразличном количестве сканирований: б – N = 1, в – N = 2, г – N = 3, д – N = 4,е – N = 5 [138]55Как видно из рисунка 2.3 (б), однократное сканирование при скорости0,1 мм/с приводит лишь к осаждению меди в виде отдельных капель инезначительному повреждению подложки.Увеличениеколичествасканированийприводиткосаждениюбольшего количества частиц металла, но при этом происходит и дальнейшееповреждение подложки (рисунок 2.3 (в), (г)).
Как видно из рисунка,непрерывныеметаллическиедорожкиосаждаютсятолькопри4-5сканированиях (рисунок 2.3 (д), (е)). Следует отметить, что структураосажденных дорожек неоднородна: в центре дорожек присутствует провал –результат деструктивного воздействия лазерного излучения.Таким образом, использование режима многократного сканированияпозволило получить непрерывные дорожки. Однако при меньшей скоростисканирования (0,01 мм/с) удалось осадить непрерывные дорожки в режимеоднократногосканирования(рисунок2.4).Сравниваяметаллическиедорожки на рисунке 2.3 (д), (е) и рисунке 2.4, можно сделать вывод о том, чторежим однократного сканирования при скорости 0,01 мм/с позволяетсоздавать металлические структуры с более однородной и компактнойструктурой.Рисунок 2.4 – Микрофотография дорожки, осажденной в режимеоднократного сканирования при мощности лазерного излучения 300 мВт искорости сканирования 0,01 мм/с [138].562.2.2 Влияние природы аниона на процесс осаждения металлаКак указывалось выше, в методе ЛОМР лазерное излучениеиспользуется для локального нагрева системы и снятия кинетическихзатрудненийокислительно-восстановительныхпроцессоввобластилазерного воздействия, причем в качестве растворов для реализации ЛОМРиспользовалисьрастворы,разработанныеметаллизации.Известно,чтовдляпроцессаслучаехимическоймеднения,наибольшеераспространение получили сульфатные растворы [119,121,139], поэтому и врамках настоящего исследования в подавляющем большинстве случаевтакже использовались растворы на основе сульфата меди.Тем не менее, представляло интерес несколько расширить спектрсоставов растворов для метода ЛОМР за счет использования других солеймеди, что может представлять не только технологический интерес с точкизренияповышениякачестваполучаемогопокрытия,ноиразвитьпредставления о химических процессах, развивающихся на границах разделаподложка-электролит и выявить дополнительные параметры, оказывающиевлияние на процессы лазерно-индуцированного осаждения [140].Для проведения экспериментов по установлению роли аниона в методеЛОМР в рамках настоящего исследования, кроме сульфата, использовалисьхлорид, нитрат и ацетат меди (II).
Все остальные компоненты растворов и ихконцентрациисоответствоваликлассическимрастворамхимическогомеднения. Следует однако отметить, что часть растворов, приготовленных сиспользованиемперечисленныхсолейидругих«классических»компонентов, оказались недостаточно устойчивыми – в них наблюдалосьсамопроизвольное осаждение меди по всему объему при нормальныхусловиях (Cu(NO3)2 и Cu(CH3COO)2). В этих случаях приходилось уменьшатьконцентрации основных компонентов в 10 раз.Для самого процессаосаждения меди использовалась стандартная схема и параметры процесса57ЛОМР, описанные в разделе 2.1; при этом мощность лазерного излученияизменялась в диапазоне от 50 до 400 мВт.На рисунке 2.5 представлены микрофотографии подложек с меднымиструктурами,осажденнымиприодинаковыхусловиях(скоростьсканирования 0,01 мм/с, мощность лазерного излучения 250 мВт).Исключение составляет структура, осажденная из раствора CuCl2, – дляданного раствора осаждение удалось провести только при нагреванииисходного раствора до температуры выше 35 ˚С.CuSO4CuCl2Cu(CH3COO)2Cu(NO3)2Рисунок 2.5 Микрофотографии подложек с медными структурами,осажденными из растворов электролитов на основе солей меди: CuSO4,CuCl2, Cu(CH3COO)2 и CuNO3 [140]58Накачественномуровневидно,чтоприданныхусловияхвосстановления, наиболее однородные медные структуры осаждаются изсульфатных и хлоридных растворов, а морфология осажденных структур взначительной степени зависит от типа используемой соли (аниона), хотя,согласно имеющимся представлениям о химии процесса, анионы не должныоказывать заметное прямое влияние на процессы осаждения.По этому поводу в литературе осторожно отмечается, что в рядеслучаев различные анионы оказывают тормозящее действие на процессосаждения металлов на подложку за счет избирательной адсорбции, врезультате которой происходит блокирование как самой поверхности, так иобразовавшихся зародышей новой металлической фазы.
По негативномувлиянию различных анионов на скорость разряда ионов различных металлов(и качеству получаемого электрохимическим осаждением металлическогопокрытия) их можно расположить в следующей последовательности [108]:Cl- <Br- <J- <NO3- <SO42- <(NH4)2SO22- <ClO4- <COOH- <CH3COO-.В той же последовательности наблюдается уменьшение размера зеренпри осаждении металла (соответственно повышается качество получаемогопокрытия) при одинаковых условиях, однако систематических исследованийпо установлению влияния анионов на процессы химической металлизации непроводилось.В данном случае результаты исследований по изучению влиянияанионов на качество полученных покрытий свидетельствуют о заметномвкладе этого параметра на процесс формирования металлической фазы наповерхности подложки воздействием лазера, а такжео необходимостипроведения дополнительных целенаправленных исследований.592.2.3 Влияние температуры раствора и мощности лазерного излученияна процесс осаждения металла.Как показал анализ полученных ранее результатов по лазерноиндуцированномуосаждениюизрастворовэлектролитов,мощностьлазерного излучения имеет большое значение для процесса формированияметалла на поверхности подложки, как и соль металла, входящая в составраствора электролита.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
