Dépôt De Cuivre En Vrac sur l'Or Étudié dans une Application d'EC-AFM Utilisant le FlexAFM de Nanosurf

Sujets Couverts

Mouvement Propre
Résumé
Introduction
Installation Expérimentale
Méthodes Expérimentales
Résultats
Conclusion
Remerciements

Mouvement Propre

Nanosurf est un premier fournisseur des microscopes atomiques faciles à utiliser de force (AFM) et des microscopes de perçage d'un tunnel de lecture (STM). Nos produits et services sont espérés par des professionnels mondiaux pour les aider pour mesurer, analyser, et pour présenter à 3D l'information extérieure. Nos microscopes excellent par leur contrat et design élégant, leur traiter facile, et leur sérieux absolu.

Résumé

Cet état explique effectivement la capacité du FlexAFM aux modifications morphologiques de moniteur pendant le dépot électrolytique du matériau sur une surface d'électrode. Dans les données affichées ici, le cuivre a été déposé sur une surface d'or recuite par flamme. Le procédé de dépôt s'est avéré entièrement réversible : Aux potentiels faibles le cuivre a été déposé et à des potentiels plus élevés il a été dissous de nouveau. Le Dépôt et la dissolution ont eu lieu très rapidement, à moins d'une ligne d'échographie d'AFM.

Introduction

L'interaction des objectifs avec leurs environs est en grande partie transmise au-dessus de sa surface. Par application d'une couche, les propriétés extérieures peuvent être réglées pour protéger l'objectif contre des mécanismes d'usure tels que l'abrasion ou la corrosion. L'Abrasion peut être réduite à l'aide d'une couche dure qui peut résister aux forces élevées de normale ou de cisaillement, ou par une couche avec lubrifier des propriétés. La Corrosion peut être réduite par couverture d'un métal susceptible avec plus résistant, par exemple Nickel. De plus, de telles couches peuvent également être appliquées pour des raisons esthétiques, par exemple de changer l'aspect de la surface. Une possibilité pour enduire un objectif d'une couche de conduite, généralement un métal, plaque, en lequel des cations d'une solution electrodeposited là-dessus à un potentiel adapté. Au potentiel sélecté, les cations d'un matériau désiré sont réduits de la solution et déposent sur l'objectif comme couche mince. Entre d'autres facteurs, la qualité de la métallisation dépendra principalement de la morphologie de substrat et de la cinétique du dépôt.

Le Cu le dépot électrolytique que Damascène est en particulier un procédé principal de fabrication, actuel utilisé dans la métallisation de pointe et multiniveaux de Cu de microélectronique interconnecte que domaine de transistor à l'échelle de longueur de carte à circuit. Cette application fortement déterminée par la technologie sert de facteur de stimulation principal aux études mécanistes appliquées et principales qui peuvent stimuler davantage de développement et d'optimisation du procédé de dépot électrolytique de Cu.

Avec la surface atomique de microscope (AFM) de force une morphologie peut être étudiée à l'échelle de nanomètre. L'AFM n'est pas limité sur des surfaces en aspirateur ou air, mais peut également être utilisé pour étudier la surface adjacente liquide-solide. Faisant câbler la surface et être comportée dans une cellule électrochimique, permet à des réactions électrochimiques à la surface adjacente d'être provoqué et suivi fonctionellement du courant traversant la surface adjacente. Avec l'AFM, des changements de la morphologie extérieure dans ces conditions électrochimique appropriées peuvent être étudiés simultanément.

Ici nous présentons le dépot électrolytique réversible, ou l'électrodéposition, d'une surface d'or avec le cuivre d'une solution contenant le sulfate de cuivre de 1 millimètre et 100 millimètres d'acide sulfurique pour augmenter la conductivité d'électrolyte. Le Dépôt et la dissolution du cuivre ont pu promptement être suivis de la voltamétrie cyclique. Les modifications morphologiques cuivre-induites se produisant sur la surface d'or ont pu simultanément être enregistrées en exécutant des mesures d'AFM dans l'électrolyte liquide pendant la voltamétrie utilisant le Nanosurf FlexAFM, et des services pour confirmer et comprendre mieux le procédé électrochimique.

Installation Expérimentale

Un échantillon de conduite forme le bas de la cellule électrochimique (voir le Schéma 1). Une cellule de Kel-F a été montée sur l'échantillon et enfoncée par une plaque de métal. Pour éviter la fuite, un ¡ Á de 20 millimètres Joint Circulaire de 2 millimètres effectué à partir de Kalrez 4079 était présent entre l'échantillon et la cellule de Kel-F. Les Potentiels étaient réglés et des courants mesurés avec un potentiostat de construction maison. Le substrat a été connecté à l'électrode fonctionnante du potentiostat (fil, de centre droite rouges) par l'intermédiaire d'une bride en dehors du réservoir liquide. Le quasireference et les contre-électrodes (bleu et noir de câble, respectivement) entrent dans le liquide au-dessus du RIM du réservoir. Les électrodes de référence utilisées étaient un câblage cuivre. La contre-électrode a été faite en platine. La solution d'électrolyte a contenu 1 millimètre CuSO4 et 100 millimètres HSO24. Toutes Les expériences ont été effectuées avec une tête d'échographie à haute résolution de FlexAFM équipée de Support En Porte-à-faux SA pour des mesures droites dans les environnements liquides tels que l'électrolyte utilisé ici. La Meilleure qualité des images a été obtenue en mode Dynamique (l'acquisition de données de Contraste de Phase étant activé) utilisant les encorbellements PPA-NCLAuD de Nanosensors.

Le Schéma 1 : Installation Expérimentale. (Première) Synthèse affichant la cellule électrochimique sur un Stade Témoin de FlexAFM équipé de la Cavité de Contrôle De L'environnement, Le Stade de Traduction de Micromètre et l'isoStage. La tête d'échographie de FlexAFm est affichée le mensonge de son côté, équipé de Support En Porte-à-faux SA pour des mesures dans le liquide. Le Plan Rapproché (Inférieur) de la cellule électrochimique et le cablage utilisé pour connecter les électrodes et l'or apprêtent.

Méthodes Expérimentales

L'échantillon utilisé dans ces expériences s'est composé d'un ¡ Á de 20 millimètres le disque en verre de 20 millimètres avec de l'or évaporé sur sa surface. L'or flamme-a été recuit et refroidi sous un flot de l'azote sec. Après refroidissement, l'échantillon a été rapidement monté dans la cellule électrochimique et l'électrolyte a été ajouté. L'orientation préférable du film d'or était (111), comme conclu des voltammograms cycliques. Le dépôt et la dissolution De Cuivre ont été effectués comme plus précoces décrit. L'échelle potentielle sur tous les voltammograms cycliques a été mise à zéro au potentiel d'équilibre du dépôt/de dissolution de cuivre dans l'électrolyte.

Résultats

Le graphique supérieur sur le Schéma 2 affiche le dépôt et la dissolution par étapes d'une couche unitaire de cuivre sur l'Au (111) (dépôt underpotential, UPD ; voir le Réf. 6). Les deux paires de crêtes P1/P1'and P2/P2 de courant séparent trois régions potentielles caractéristiques. La Région I correspond à l'adsorption désordonnée des ions d'en cuivre et de sulfate sur les surfaces d'or. Lors de changer la tension de l'électrode au delà de P1, le soi-disant (¡ Ì3 de ¡ Á de ¡ Ì3) adlayer de type nid d'abeilles (la région II) est formée, composé de 2/3 couverture de cuivre d'ion et de 1/3 couverture d'ion de sulfate. À des potentiels plus négatifs que P2 (la région III), une pleine couche unitaire de cuivre est formée. Ces procédés sont réversibles sur l'excursion potentielle positive. Aux potentiels plus négatifs que 0,0 V contre le volume2+ de Cu/Cu (potentiel réversible de Nernst) ou dépôt overpotential (OPD) de cuivre sur la couche unitaire pré-déposée a lieu dans la région IV selon un mécanisme d'accroissement de Stranski-Krastanov.

Des courbures dans le graphique inférieur du Schéma 2 il peut voir que la quantité de cuivre déposé par volume augmente quand le tournant (en bas à gauche une partie des voltammograms) est changé en valeurs plus négatives. Les importances du dépôt négatif et des courants positifs de dissolution augmentent de manière dégagée. La quantité de matériau peut être estimée à partir du courant intégré contre le temps, si d'autres procédés électrochimiques sont négligés.

Le Schéma 2 : Voltammograms Cycliques. Dépôt De Cuivre (crêtes négatives) et dissolution (crêtes positives) sur l'Au (111) dans 0,1 M HSO24 + 1 millimètre CuSO4, dépôt et dissolution du ¡ ¤s. (-1Premier) Underpotential des tarifs 0,05 V de mouvement circulaire. Depostion et dissolution (en vrac) (Inférieurs) d'Overpotential dans la dépendance à l'égard le tournant au potentiel négatif.

Le Schéma 3 images d'AFM d'expositions de la surface d'Au enregistrée avant que dépôt (premier), pendant le dépôt (moyen) et pendant la dissolution (bas) du cuivre. Le dépôt pourrait être confirmé du changement de la topographie (est parti), de la phase (droite) et du courant traversant l'électrode fonctionnante (surface d'or).

Le Schéma 3 : Images d'AFM de dépôt et de dissolution en vrac. Topographie (laissée) et phase (droite) du substrat nu d'or (haut), du substrat pendant le dépôt (moyen) et pendant la dissolution (bas). La Topographie est affichée en tant que des données et phase dérivées en tant que données brutes. Des Images 800 nanomètre dans la taille et identiquement sont évaluées pour la comparaison.

Pour la première image de l'or nu, la surface a été maintenue à un potentiel positif, où aucun dépôt en vrac de Cu ne se produit. Pendant l'enregistrement des images moyennes, la tension a été faite un cycle aux valeurs E < 0,0 V contre Cu/Cu2+. Des Images ont été enregistrées pendant le procédé en vrac de dépôt. Une Fois Que la phase 3D était nucléée, on pourrait observer l'accroissement jusqu'aux potentiels de près de 0,0 V contre Cu/Cu2+. La Dissolution des batteries de Cu a commencé à E > 0,0 V. Les augmentations de tarifs de dissolution avec l'augmentation du potentiel.

Le dépôt et la dissolution se produisent dans une trame de temps très étroite. Des surfaces d'or visibles dans toutes les images, il peut voir que toutes les images ont été enregistrées sur la même zone. Toutes Les images ont une cote du ¡ Á 800 nanomètre de 800 nanomètre et ont été évaluées identiquement dans Z (morphologie : les données dérivées avec Sobel filtrent, centre-évalué entre ¨C20 et +20 ; phase : les données brutes évaluées à des 20 degrés s'échelonnent avec le décalage identique).

Conclusion

L'expérience décrite ici explique que des procédés électrochimiques peuvent être d'une manière élégante surveillés in situ par EC-AFM. À cet effet, le FlexAFM a été équipé d'un potentiostat et d'un support spécial témoin, adaptés pour des expériences électrochimiques. Le dépôt de cuivre peut être guidé par l'intermédiaire de la tension appliquée par le potentiostat et surveillée par l'intermédiaire du courant traversant le substrat d'or. Les modifications morphologiques ont pu être enregistrées pendant le dépôt et la dissolution du cuivre. L'expérience sert de validation de principe pour étudier le dépôt en métal, la corrosion ou d'autres phénomènes électrochimiques au nanoscale avec EC-AFM.

Remerciements

Ce travail a été effectué en collaboration avec Ilya Pobelov, Artem Mishchenko et Thomas Wandlowski (Département de Chimie et Biochimies, Université de Berne, Suisse) et Gabor Meszaros et Tamas Pajkossy (Institut de Matériaux et Chimie Environnementale, Centre de Recherches Chimique, Académie des Sciences Hongroise, Budapest, Hongrie).

Source : Nanosurf

Pour plus d'informations sur cette source visitez s'il vous plaît Nanosurf

Date Added: Mar 4, 2011 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 06:53

Ask A Question

Do you have a question you'd like to ask regarding this article?

Leave your feedback
Submit