Depósito De Cobre Maioria no Ouro Estudado em uma Aplicação de EC-AFM Usando o FlexAFM de Nanosurf

Assuntos Cobertos

Fundo
Sumário
Introdução
Instalação Experimental
Procedimentos Experimentais
Resultados
Conclusão
Reconhecimentos

Fundo

Nanosurf é um fornecedor principal de microscópios atômicos fáceis de usar da força (AFM) e de microscópios da escavação de um túnel da exploração (STM). Nossos produtos e serviço são confiados por profissionais no mundo inteiro para ajudá-los a medir, analisar, e apresentar a 3D a informação de superfície. Nossos microscópios primam com seu projecto compacto e elegante, de sua manipulação fácil, e sua confiança absoluta.

Sumário

Este relatório demonstra eficazmente a capacidade do FlexAFM às mudanças morfológicas do monitor durante o depósito electrolítico do material em uma superfície do eléctrodo. Nos dados mostrados aqui, o cobre foi depositado em uma superfície recozida chama do ouro. O processo do depósito foi mostrado para ser inteiramente reversível: Em baixos potenciais o cobre foi depositado e em uns potenciais mais altos foi dissolvido outra vez. O Depósito e a dissolução ocorreram muito ràpida, dentro de uma linha de varredura do AFM.

Introdução

A interacção dos objetos com seus arredores é transmitida pela maior parte sobre sua superfície. Pela aplicação de um revestimento, as propriedades de superfície podem ser ajustadas para proteger o objeto contra mecanismos do desgaste tais como a abrasão ou a corrosão. A Abrasão pode ser reduzida usando um revestimento duro que possa resistir forças de altamente normais ou tesoura, ou por um revestimento com lubrificação de propriedades. A Corrosão pode ser reduzida pela cobertura de um metal suscetível com mais resistente, por exemplo Níquel. Além, tais revestimentos podem igualmente ser aplicados para razões cosméticas, por exemplo mudar a aparência da superfície. Uma possibilidade para revestir um objeto com um revestimento de condução, geralmente um metal, está galvanizando, em que os cations de uma solução electrodeposited nele em um potencial apropriado. No potencial selecionado, os cations de um material desejado são reduzidos da solução e depositam no objeto como uma camada fina. Entre outros factores, a qualidade do chapeamento de metal dependerá principalmente da morfologia da carcaça e da cinética do depósito.

O Damascene que do Cu o depósito electrolítico é em particular um processo chave da fabricação, usado actualmente na metalização avançada, multinível do Cu de micro-electrónico interconecta que escala do transistor à escala do comprimento da placa de circuito. Esta aplicação fortemente determinada pela tecnologia serve como um motivador chave para os estudos mecanicistas aplicados e fundamentais que podem spur uma revelação e uma optimização mais adicionais do processo do depósito electrolítico do Cu.

Com superfície atômica do microscópio (AFM) da força uma morfologia pode ser estudada na escala do nanômetro. O AFM não é restringido às superfícies no vácuo ou no ar, mas pode igualmente ser usado para estudar a relação líquido-contínua. Tendo a superfície prendida e incorporada em uma pilha electroquímica, permite que as reacções electroquímicas na relação sejam provocadas e seguidas funcional pela corrente que corre através da relação. Com o AFM, as mudanças na morfologia de superfície sob estas circunstâncias eletroquìmica relevantes podem ser estudadas simultaneamente.

Aqui nós apresentamos o depósito electrolítico reversível, ou o chapeamento, de uma superfície do ouro com o cobre de uma solução que contem 1 milímetro de sulfato de cobre e 100 milímetros de ácido sulfúrico para aumentar a condutibilidade do eletrólito. O Depósito e a dissolução do cobre podiam prontamente ser seguidos pelo voltammetry cíclico. As mudanças morfológicas cobre-induzidas que ocorrem na superfície do ouro podiam simultaneamente ser gravadas pela execução de medidas do AFM no eletrólito líquido durante o voltammetry usando o Nanosurf FlexAFM, e pelos saques para confirmar e compreender melhor o processo eletroquímico.

Instalação Experimental

Uma amostra de condução forma a parte inferior da pilha electroquímica (veja Figura 1). Uma pilha de Kel-F foi montada sobre a amostra e comprimida por uma placa de metal. Para impedir o escapamento, um ¡ Á de 20 milímetros Anel-O de 2 milímetros feito de Kalrez 4079 estou presente entre a amostra e a pilha de Kel-F. Os Potenciais eram ajustados e correntes medidos com um potentiostat HOME-construído. A carcaça foi conectada ao eléctrodo de trabalho do potentiostat (fio, de centro direita vermelhos) através de uma braçadeira fora do reservatório líquido. O quasireference e os eléctrodos contrários (azul e preto prendidos, respectivamente) entram no líquido sobre a borda do reservatório. Os eléctrodos de referência usados eram um fio de cobre. O eléctrodo contrário foi feito da platina. A solução do eletrólito conteve 1 milímetro CuSO4 e 100 milímetros HSO24. Todas As experiências foram realizadas com uma cabeça de varredura de alta resolução de FlexAFM equipada com Suporte SA do Modilhão para medidas directas em ambientes líquidos tais como o eletrólito usado aqui. A Melhor qualidade da imagem foi obtida no modo Dinâmico (com o por aquisição de dados do Contraste da Fase permitido) que usa os modilhões PPP-NCLAuD de Nanosensors.

Figura 1: Instalação Experimental. Vista Geral (Superior) que mostra a pilha electroquímica em uma Fase da Amostra de FlexAFM equipada com a Câmara do Controle Ambiental, na Fase da Tradução do Micrômetro e no isoStage. A cabeça de varredura de FlexAFm é mostrada o encontro em seu lado, equipado com Suporte SA do Modilhão para medidas no líquido. O Close-up (Inferior) da pilha electroquímica e a fiação usada para conectar os eléctrodos e o ouro surgem.

Procedimentos Experimentais

A amostra usada nestas experiências consistiu em um ¡ Á de 20 milímetros a bolacha de vidro de 20 milímetros com o ouro evaporado em sua superfície. O ouro chama-foi recozido e refrigerado para baixo sob um córrego do nitrogênio seco. Após refrigerar, a amostra foi montada rapidamente na pilha electroquímica e o eletrólito foi adicionado. A orientação preferível do filme do ouro era (111), como concluído dos voltammograms cíclicos. O depósito e a dissolução De Cobre foram realizados como descrita mais cedo. A escala potencial em todos os voltammograms cíclicos foi zerada no potencial do equilíbrio do depósito/dissolução de cobre no eletrólito.

Resultados

O gráfico superior em Figura 2 mostra o depósito e a dissolução por etapas de um monolayer de cobre no Au (111) (depósito underpotential, UPD; veja a referência. 6). Os dois pares dos picos P1/P1'and P2/P2 da corrente separam três regiões potenciais características. Região Eu correspondo à adsorção desorganizado do cobre e os íons do sulfato no ouro surgem. Em Cima de mudar o potencial de eléctrodo após P1, (¡ Ì3 do ¡ Á do ¡ Ì3) o favo de mel-tipo assim chamado adlayer (região II) é formado, compor de 2/3 de cobertura de cobre do íon e de 1/3 de cobertura do íon do sulfato. Em uns potenciais mais negativos do que P2 (região III), um monolayer completo do cobre é formado. Estes processos são reversíveis em cima da excursão potencial positiva. Nos potenciais mais negativos de 0,0 V contra o volume2+ de Cu/Cu (potencial reversível de Nernst) ou o depósito overpotential (OPD) do cobre no monolayer pre-depositado ocorre na região IV de acordo com um mecanismo do crescimento de Stranski-Krastanov.

Das curvas no gráfico mais baixo de Figura 2 pode-se ver que a quantidade de cobre depositado volume aumenta quando o ponto de viragem (peça do inferior esquerdo dos voltammograms) é mudado a uns valores mais negativos. Os valores do depósito negativo e das correntes positivas da dissolução aumentam claramente. A quantidade de material pode ser calculada da corrente integrada contra o tempo, se outros processos eletroquímicos são negligenciados.

Figura 2: Voltammograms Cíclicos. Depósito De Cobre (picos negativos) e dissolução (picos positivos) no Au (111) em 0,1 M HSO24 + 1 milímetro CuSO4, depósito e dissolução do ¡ ¤s. da taxa-1 0,05 V da varredura Underpotential (Superior). Depostion e dissolução (maiorias) (Inferiores) de Overpotential na dependência no ponto de viragem no potencial negativo.

Figura 3 imagens do AFM das mostras da superfície do Au gravada antes do depósito (superior), durante o depósito (médio) e durante a dissolução (parte inferior) do cobre. O depósito poderia ser confirmado da mudança na topografia (saiu), na fase (direita) e na corrente que corre através do eléctrodo de trabalho (superfície do ouro).

Figura 3: Imagens do AFM do depósito e da dissolução maiorias. Topografia (deixada) e fase (direita) da carcaça desencapada do ouro (parte superior), da carcaça durante o depósito (médio) e durante a dissolução (parte inferior). A Topografia é indicada como dados e a fase derivados como dados brutos. As Imagens 800 nanômetro são escaladas em tamanho e idêntica para a comparação.

Para a imagem superior do ouro desencapado, a superfície foi mantida em um potencial positivo, onde nenhum depósito do volume do Cu ocorresse. Durante a gravação das imagens médias, a tensão foi dada um ciclo aos valores E < 0,0 V contra Cu/Cu2+. As Imagens foram gravadas durante o processo maioria do depósito. Uma Vez Que a fase 3D era nucleated, o crescimento poderia ser observado até potenciais perto de 0,0 V contra Cu/Cu2+. A Dissolução dos conjuntos do Cu começou em E > 0,0 V. Os aumentos da taxa da dissolução com potencial crescente.

O depósito e a dissolução ocorrem em um prazo muito estreito. Das superfícies do ouro visíveis em todas as imagens, pode-se ver que todas as imagens estiveram gravadas na mesma área. Todas As imagens têm uma dimensão do ¡ Á 800 nanômetro de 800 nanômetro e foram escaladas idêntica em Z (morfologia: os dados derivados com Sobel filtram, centro-escalado entre ¨C20 e +20; fase: os dados brutos escalados a uns 20 graus variam com offset idêntico).

Conclusão

A experiência descrita aqui demonstra que os processos eletroquímicos podem elegante ser monitorados in situ por EC-AFM. Com tal fim, o FlexAFM foi equipado com um potentiostat e um suporte especial da amostra, apropriados para experiências electroquímicas. O depósito de cobre pode ser dirigido através da tensão aplicada pelo potentiostat e monitorada através da corrente que corre através da carcaça do ouro. As mudanças morfológicas podiam ser gravadas durante o depósito e a dissolução do cobre. A experiência serve como a prova de conceito para estudar o depósito do metal, a corrosão ou outros fenômenos eletroquímicos no nanoscale com EC-AFM.

Reconhecimentos

Este trabalho foi executado em colaboração com Ilya Pobelov, Artem Mishchenko e Thomas Wandlowski (Departamento de Química e Bioquímica, Universidade de Berna, Suíça) e Gabor Meszaros e Tamas Pajkossy (Instituto dos Materiais e da Química Ambiental, Centro de Pesquisa Químico, Academia de Ciências Húngara, Budapest, Hungria).

Source: Nanosurf

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Nanosurf

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

Last Update: 14. June 2013 07:14

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