超声对铜电化学沉积速度及沉积产物结构的影响.pdf

年 8 月 TheChineseJournalofProcessEngineeringAug. 2004 超声对铜电化学沉积速度及沉积产物结构的影响王雅琼,傅相林,许文林,李敏,张小兴(扬州大学化学化工学院,江苏扬州 225002)摘要:测定了超声作用下铜电化学沉积过程的阴极稳态极化曲线,探讨了超声对沉积铜晶面取向及表面形貌的影响. 结果表明,在实验条件下,超声可以提高铜电化学沉积过程的阴极极限扩散电流密度,超声对铜电化学沉积过程极限扩散电流密度的影响随着反应体系温度的升高而下降,当系统温度从25oC升高到55oC时,. 超声还能改变铜电沉积晶面的取向,明显改变电沉积铜的粒径. 关键词:超声;电化学沉积;晶面取向中图分类号:+4文献标识码:A文章编号:1009?606X(2004)04?0305?05 1 前言超声能强化电化学过程,主要表现在能除去电极表面的气泡,保证电流畅通;超声空化产生的射流可以不断净化电极表面,以保证其化学活性;超声空化作用可连续扰动扩散层,强化传质[1]. 超声波对电化学过程的影响主要源于超声波的空化效应及其随后的微射流作用[2]. 由空化效应产生的空化泡周围极小的空间内5000 K以上的高温及大约50 MPa的高压以及伴生的强烈冲击波和时速达约400 km的射流为电化学反应提供了特殊的物理和化学环境[3].在20世纪70年代,Walker等[4]研究了超声波对铜电沉积表面光洁度的影响,Suni等[5]研究了高频超声( MHz)和高强度超声(15 W/cm2)对铜电化学沉积填充能力的影响. 研究表明,在铜电化学沉积过程中引入超声,会对电沉积铜的性能产生影响. 在铜电化学沉积过程中,沉积液的组成、操作条件和添加剂的类型会影响铜电沉积的速度、晶面的择优取向度(织构系数)、晶粒的粒径以及沉积铜的表面形貌,从而影响沉积铜的物理、化学和机械性能[6]. 本工作在不加任何添加剂的CuSO4?H2SO4电解液中,研究了超声对铜电化学沉积过程的阴极稳态极化曲线、铜电沉积晶面取向以及沉积铜的表面形貌的影响. 2 仪器和试剂HPD?1A型恒电位仪录仪(南京大学),超声仪(济宁金百特电子有限责任有限公司),MO3XHF22型X射线衍射仪(日本Mac Science公司),XL30型环境电子扫描电镜(荷兰Philips公司),CuSO4?5H2SO4(AR,上海东懿化学试剂公司),H2SO4(AR,上海振兴化工二厂). mmol/L、 mol/L的水溶液体系中,采用三电极系统, 收稿日期:2003?08?18,修回日期:2003?10?16 基金项目:国家自然科学基金资助项目(编号:20176047);江苏省高校自然科学研究计划资助项目(编号:03KJB530164)作者简介:王雅琼(1961?),女,山西省孝义市人,硕士,副教授,主要从事材料及化工工艺研究. 306过程工程学报第4卷mm× mm(双面)的紫铜电极为工作电