多元噴射電沉積制備硅基銅-鈷納米多層膜試驗(yàn)研究.pdf

1、噴射電沉積是電化學(xué)沉積的分支之一,作為一種局部高速電沉積技術(shù),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(diǎn),理論上可以通過合理控制電流密度及沉積時(shí)間制備出納米金屬多層膜。本文在前期金屬基體表面進(jìn)行多層膜研究基礎(chǔ)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(shí)現(xiàn),本文將研究重點(diǎn)聚焦在了硅/多層膜界面研究,針對(duì)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(jìn)行了噴射流場(chǎng)的仿真及試驗(yàn)研究。對(duì)噴嘴寬度為1mm的噴嘴,采用FLUENT軟件對(duì)不同噴嘴入口速度(流量)和極間距離△下的流場(chǎng)進(jìn)行了仿真優(yōu)化分析,選擇噴嘴下方1mm長(zhǎng)度的區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象,仿真結(jié)果顯示當(dāng)極間距離為2mm時(shí)的流場(chǎng)均勻性最好。在△=2mm下進(jìn)行了定點(diǎn)噴射電沉積工藝試驗(yàn),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(shí),沉積層定域性最好,并選取△=2mm,Q=485L/

3、h時(shí)作為后續(xù)工藝試驗(yàn)的參數(shù)。
　　(2)在拋光處理后的硅表面進(jìn)行噴射電沉積金屬銅試驗(yàn)研究,提出了一種制備納米金屬顆粒的新方法(申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利),該工藝方法操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)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(dāng)粗糙度達(dá)到0.023μm以下時(shí),顆粒均落在納米尺度范圍,并且分布均勻性進(jìn)一步提高;試驗(yàn)

4、表明當(dāng)噴射電沉積電流密度為300A/dm2,掃描速度為360mm/min時(shí),納米顆粒不僅大小均勻,而且分散良好。
　　(3)從界面設(shè)計(jì)的角度,對(duì)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(jī)械力。基于此,本文采用本課題組自有硅特種加工技術(shù)(發(fā)明專利:CN101101937A),設(shè)計(jì)出一種特殊的基面鉚接結(jié)構(gòu),即一種利用電火花電解復(fù)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(duì)比研究表明該種特殊界面結(jié)構(gòu)具有更多的機(jī)械連接點(diǎn),多層膜測(cè)試研究表明,界面結(jié)合力提高2倍以上。
　　(4)此外,本文還對(duì)電火花電解工藝下硅基Cu/Co多層膜進(jìn)行了電化學(xué)耐腐蝕性能的測(cè)試分析研究。研究表明,電流密度及掃描速度對(duì) Cu/Co多層膜的耐腐蝕性影響與其對(duì)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(shí),耐腐蝕性能最好;掃描速度