多元噴射電沉積制備硅基銅-鈷納米多層膜試驗研究.pdf

1、噴射電沉積是電化學沉積的分支之一,作為一種局部高速電沉積技術,其具有熱量和物質(zhì)傳遞速率高、極限電流密度大以及沉積效率高等諸多優(yōu)點,理論上可以通過合理控制電流密度及沉積時間制備出納米金屬多層膜。本文在前期金屬基體表面進行多層膜研究基礎上,圍繞多層膜巨磁阻、介電等功能,開展了硅基表面多層膜制備研究?；诙鄬幽そ惶婀に囋诮饘倩w研究階段已經(jīng)較好的實現(xiàn),本文將研究重點聚焦在了硅/多層膜界面研究,針對界面如何更好的結(jié)合開展了大量研究工作,具體如下

2、:
　　(1)進行了噴射流場的仿真及試驗研究。對噴嘴寬度為1mm的噴嘴,采用FLUENT軟件對不同噴嘴入口速度(流量)和極間距離△下的流場進行了仿真優(yōu)化分析,選擇噴嘴下方1mm長度的區(qū)域為研究對象,仿真結(jié)果顯示當極間距離為2mm時的流場均勻性最好。在△=2mm下進行了定點噴射電沉積工藝試驗,研究表明仿真分析很好的反映了電沉積現(xiàn)象,噴嘴入口速度為0.40m/s(Q=485L/h)時,沉積層定域性最好,并選取△=2mm,Q=485L/

3、h時作為后續(xù)工藝試驗的參數(shù)。
　　(2)在拋光處理后的硅表面進行噴射電沉積金屬銅試驗研究,提出了一種制備納米金屬顆粒的新方法(申請國家發(fā)明專利),該工藝方法操作簡單、經(jīng)濟性好、環(huán)境友好。通過SEM表征各參數(shù)下納米金屬顆粒的粒度及分布均勻性,結(jié)果表明,隨著硅基表面粗糙度的減小,電沉積顆粒形狀主要為理想的球形,且大小逐漸減小,均勻性也隨之逐漸提高,當粗糙度達到0.023μm以下時,顆粒均落在納米尺度范圍,并且分布均勻性進一步提高;試驗

4、表明當噴射電沉積電流密度為300A/dm2,掃描速度為360mm/min時,納米顆粒不僅大小均勻,而且分散良好。
　　(3)從界面設計的角度,對不同粗糙度、刻蝕工藝下的硅/多層膜界面膜基結(jié)合力展開了研究。研究表明硅與金屬多層膜間的附著力主要為機械力?；诖?本文采用本課題組自有硅特種加工技術(發(fā)明專利:CN101101937A),設計出一種特殊的基面鉚接結(jié)構,即一種利用電火花電解復合作用硅表面后所獲得的大小孔洞疊加的特殊表層形貌。

5、與硅基刻蝕工藝對比研究表明該種特殊界面結(jié)構具有更多的機械連接點,多層膜測試研究表明,界面結(jié)合力提高2倍以上。
　　(4)此外,本文還對電火花電解工藝下硅基Cu/Co多層膜進行了電化學耐腐蝕性能的測試分析研究。研究表明,電流密度及掃描速度對 Cu/Co多層膜的耐腐蝕性影響與其對多層膜表面形貌的影響規(guī)律基本一致。電流密度的提高有利于耐腐蝕性的提高,鍍銅和鍍鈷的電流密度分別為300A/dm2、100A/dm2時,耐腐蝕性能最好;掃描速度