Диссертация (1145499), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Для исследования влияния мощности лазерногоизлучения на процессы осаждения меди были приготовлены растворыэлектролита, на основе солей меди CuSO4 и CuCl2, мощность лазерногоизлучения варьировалась в пределах от 5 до 600 мВт. Оказалось, что приданныхконцентрацияхудовлетворительныераствороврезультатыиполучаютсякомнатнойдалеконетемпературе,всегда:примощностях, превышающих 400 мВт, происходит разрушение полученнойметаллической структуры, кроме того, при уменьшении мощности лазерногоизлучения существуют пороговые мощности при достижении которых, атакжеменьшихмощностяхинициированиехимическойреакциивосстановления меди из раствора электролита не происходит.Кроме того было обнаружено, что нагрев раствора электролитапозволяет проводить процесс осаждения меди методом ЛОМР при меньшихпороговыхзначенияхмощностилазерногоизлучения(минимальнаямощность при которой наблюдается осаждение металла).
В таблице 2.2представлены пороговые мощности для осаждения меди при различныхисходных температурах растворов. Было обнаружено, что осаждениеметаллических структур невозможно во всем диапазоне мощностей израствора CuSO4 при температуре ниже 15С и из раствора CuCl2 притемпературах менее 25 С.60Таблица 2.2 – Пороговые мощности для осаждения металлических структур врастворах CuSO4 и CuCl2 при различных температурах растворов [141].T, Сраствор CuSO4раствор CuCl21520250 мВт25240 мВт35100 мВт50 мВт5550 мВт10 мВтПримечание: означает, что при мощности лазерного излучения от 5 до600 мВт и скорости сканирования 0,01 мм/с осаждение металла ненаблюдалосьИз таблицы видно, что для сульфатных растворов используемойконцентрации, восстановление меди происходит при относительно высокоймощности, начиная с комнатной температуры, в то время как для растворовна основе CuCl2, осаждение меди происходит при температурах свыше 35С(при минимальной мощности излучения 50 мВт). При повышениитемпературы обоих растворов, пороговая мощность излучения уменьшается.В таблице 2.3 представлены микрофотографии металлическихструктур, осажденных из растворов на основе CuSO4 и CuCl2 притемпературе 35 С при мощностях лазерного излучения 100 - 400 мВт.Видно, что увеличение мощности лазерного излучения приводит кувеличению размеров осажденных металлических структур в обоихрастворах,причемхарактеризуютсяобразцы,болееосажденныеоднороднойиизхлоридногокомпактнойморфологиейсравнению с образцами, полученными из раствора на основе CuSO4.61растворапоТаблица 2.3 – Микрофотографии полученных металлических структур,осажденных из растворов на основе CuSO4 и CuCl2 при температуре 35С К иразличных мощностях лазерного излучения [141]МощностьРаствор CuSO4лаз.
изл.Раствор CuCl2110 мкм110 мкм110 мкм110 мкм100 мВт150 мВт110 мкм110 мкм400 мВтПри использовании мощности лазерного излучения свыше 400мВт, металлические дорожки, полученные в обоих растворах (и частичноподложка) разрушаются.Исследованиесоставаосажденныхструктурспомощьюсканирующего электронного микроскопа CEM-SCAN 4 DV, оснащенногоспектрометром энергетической дисперсии показало, что дорожки состоят измеди (рисунок 2.6). Включений оксидов меди не обнаружено.62Рисунок 2.6 – Спектр энергетической дисперсии осажденных структурТаким образом, лазерное осаждение меди из растворов на основесульфата и хлорида меди показало, что осаждение этого металланаблюдается, начиная с некоторого «порогового» значенияв достаточношироком диапазоне мощностей лазерного излучения.
При этом, температурараствора меднения оказывает значительное влияние на пороговые мощностилазерного излучения, необходимые для заметного протекания процесса: сростомтемпературыпороговыемощностиуменьшаются.Отмеченакорреляция пороговых значений мощности с природой аниона.2.2.4 Зависимость сопротивления полученных металлических структурот мощности лазерного излучения и температуры раствораВажнойхарактеристикойполученныхметаллическихструктурявляется сопротивление, которое определяет не только возможностьпрактического применения метода ЛОМР, но и позволяет анализироватьвозможность осаждения структур однородной морфологии.
Именно эта63характеристика определялась при помощи четырехзондового моста Томпсонадля сплошных медных дорожек длиной 2 мм, осажденных из растворов наоснове CuSO4 и CuCl2 при различных условиях (температура раствора,мощность лазерного излучения).
Было обнаружено, что сопротивлениемедных дорожек в конечном итоге зависит от трех параметров: мощностилазерного излучения, температуры и состава раствора.На рисунке 2.7 представлены зависимости сопротивления полученныхметаллических структур от мощности лазерного излучения при различныхтемпературах растворов на основе CuSO4 и CuCl2. Как видно из рисунка,наименьшие сопротивления характерны для структур, осажденных израстворов при температуре 55 С, причем обнаруженная закономерностьхарактерна для обоих растворов во всем исследованном диапазонемощностей лазерного излучения.830,5CuSO4, T = 298K25CCuSO4, T = 308K35CCuSO4, T = 328K55C7CuCl2, T = 328K55CCuCl2, T = 308K35C30,0629,5R, ОмR, Ом54329,0432211001502002503003504000100200300400P, мВтP, мВтабРисунок 2.7 – Зависимость сопротивления от мощности лазерного излученияпри различных температурах раствора электролита (а) на основе CuSO4, (б)на основе CuCl2 [141]Увеличение мощности лазерного излучения также приводит куменьшению сопротивления полученных металлических структур для всегоисследованногодиапазонатемпературраствора.Этотфактхорошосогласуется с зависимостью ширины осажденных структур от мощностилазерного излучения: увеличение мощности лазерного излучения приводит к64увеличению ширины осажденных структур и, как следствие, к уменьшениюсопротивления полученных медных дорожек.При этом уменьшение сопротивления с увеличением исходнойтемпературы раствора электролита не может быть обьяснено изменениемширины дорожек, осажденных при одинаковой мощности лазерногоизлучения, но различной температуре раствора.
На рисунке 2.8 представленызависимости ширины осажденных структур от мощности лазерногоизлучения для растворов электролитов разного состава и при различнойисходной температуре.120120CuSO4, T = 298K25CCuSO4, T = 308K35CCuSO4, T = 328K55C1001008080D, мкмD, мкмCuCl2, T = 328K55CCuCl2, T = 308K35C60604040202000050100150200250300350040050100150200250300350400P, мВтP, мВтабРисунок 2.8 Зависимость ширины полученных структур от мощностилазерного излучения (при различных температурах раствора электролита) наоснове (а) CuSO4 и (б) CuCl2 [141]Обнаруженная закономерность – уменьшение сопротивления осажденныхструктур за счет увеличения исходной температуры раствора – по всейвероятности определяется кинетикой процесса осаждения меди и связанаскорее всего либо с формированием более плотного (менее зернистогоосадка), либо с увеличением толщины осаждаемых дорожек, либосовместным влиянием указанных факторов.При этом, состав раствора также оказывает влияние на величинусопротивления полученных медных структур (Рис.
2.9): видно, чтосопротивлениеодинаковыхпогеометрии65структур,полученныхизхлоридного раствора почти в 5 раз ниже, чем сопротивление структур израствора CuSO4.55CKCuCl2, T = 328CuSO4, T = 32855C K3,02,5R, Ом2,01,51,00,50,0150200250300350400P, мВтРисунок 2.9 – Зависимость сопротивления от мощности лазерного излученияосажденных структур в растворах электролита CuSO4 и CuCl2 притемпературе растворов 55C [141]Такимобразом,проведениекомплексаэкспериментальныхисследований по лазерно-индуцированному осаждению меди при различныхусловиях продемонстрировало, что сопротивление полученных структурзначительно уменьшается с ростом исходной температуры раствора; составраствора электролита (использование различных солей меди – CuSO4 иCuCl2) также оказывает значительное влияние на сопротивление осажденныхструктур.Обнаруженныезакономерностипозволяютпроводитьоптимизацию условий осаждения и получать металлические структуры сдостаточно низким сопротивлением.66В результате оптимизации условий осаждения (состав раствора, еготемпература, скорость осаждения металлической дорожки и мощностьлазерного излучения) из раствора на основе CuCl2 в режиме однократногосканирования в рамках настоящей работы были получены проводящиемедные дорожки шириной ~70 мкм длиной 2 мм, сопротивление которыхсоставляло 0.3 Ом, что значительно превосходит результат, полученный вработе [120], где была получена медная дорожка с сопротивлением 2 Ом,длина которой составляла 1 мм, только в результате 24-кратногосканирования.2.3 Лазерно-индуцированное осаждение биметаллических структур израствора электролитаРазвитие метода лазерно-индуцированного осаждения металла израствора требует исследований, направленных на прямой контроль такиххарактеристик металлических структур, как химический состав, морфология,проводимость, адгезия и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
