بخشی از مقاله
چکیده
الکتروانباشت یکی از سادهترین، انعطافپذیرترین و کمهزینهترین روشهاي لایهنشانی نسبت به سایر روشهاي موجود بر پایهي تکنیک خلا میباشد. در این پروژه پس از شناسایی و رسیدن به شرایط بهینه، با انباشت الکتروشیمیایی طلا بر روي زیرلایههاي فلزي - مس - و نیمهرسانا - سیلیکون نوع - n لایههاي نازك طلا با ضخامتهاي مختلف، تهیه شدند. لایه نشانی الکتروشیمیایی با استفاده ازالکترولیت سیانیدي قلیایی طلا، حاوي پودر طلاي 24 عیار، انجام شده است. با استفاده از دستگاه پراش پرتو ایکس - XRD - ومیکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - ساختار و مورفولوژي فیلمهاي طلا مورد بررسی قرار گرفته و آنالیزتفکیک انرژي پرتوایکس - - EDX درصد وزنی و اتمی عناصر موجود را تعیین کرده است. خواص مغناطیسی چندلایهايهاي Au-Ni بر روي زیرلایههايمسی، توسط دستگاه مغناطوسنج نمونه ارتعاشی - VSM - مورد مطالعه قرارگرفته، مقادیر حاصل از منحنی پسماند ارائه شدهاند.
مقدمه
الکتروانباشت بهعنوان روشی براي رشد لایههاي نازك کاربردهاي وسیعی در علوم مهندسی و مواد یافته است، بهعلاوه این روش در رشد چندلایهايها و آلیاژها نیز کاربرد دارد.امکان انجام فرایند لایهنشانی در شرایط طبیعی دما و فشار، هم چنین ابزارها و تجهیزات ساده، در دسترس و نسبتا ارزان،الکتروانباشت را در مقایسه با سایر روشهاي لایهنشانی بسیارسودمندتر و به صرفهتر کرده است.الکتروانباشت رسوبِ یک فلز خالص یا آلیاژي از یک محلول الکترولیت بهوسیله عبور جریان الکتریکی است. اساسالکتروانباشت بر پایه قانون فاراده است که در آن مقدار کل جرم انباشت شده متناسب با مقدار الکتریسیتهي عبوري از الکترولیتاست ]١.[ الکتروانباشت طلا استفاده گسترده اي در صنعتالکترونیک دارد و استفاده از Ni یا Co به عنوان عوامل سخت کنندهي طلا و فرومغناطیس بودن، باعث استفاده گستردهي این آلیاژها در صنعت الکترونیک شده است .[2] الکتروانباشت طلا تکنولوژي کلیدي در ساخت بسیاري از وسایل میکروالکترونیک،اپتوالکترونیک و میکروسیستمها بوده و استفاده از آن در این صنایعبهدلیل مقاومت خوردگی عالی، قابلیت لحیمکاري، خاصیتپیوندپذیري و رسانایی بسیارخوب حرارتی و الکتریکی میباشد.
روش کار
در این پروژه لایههاي نازك Au بر روي زیرلایههاي Cu وزیرلایه هاي Si نوع n رشد داده شدهاند. هم چنین آلیاژها و چند لایهايهاي Au-Ni بر روي زیرلایههاي Cu به روش الکتروانباشت تهیه شدهاند.الکترولیت مورد استفاده شامل یونهاي طلا - Au+ - است. این الکترولیت از پودري صنعتی که مشخصات آن در جدول 1 آمده، حاصل میشود. این پودر، پودر طلاي زرد و حاوي یک گرم طلاي24 عیار است.براي تهیه الکترولیت حاوي یونهاي طلا؛ پودرها را به یک لیترآب مقطر با دماي حدود 50℃ اضافه می کنیم. هنگام لایه نشانی دماي الکترولیت همواره ثابت، حدود 50℃ و.pH الکترولیت 14 است. هنگام لایه نشانی، از آن جایی که سیانور سمی است و الکترولیت تبخیر میشود، از ماسک استفاده کرده و از استنشاق آن خودداري میگردد.متأسفانه اکثر الکترولیتهاي غیر سیانیدي برايانباشت طلا، نسبتاً ناپایدار بوده و خواص لایههاي فلزي به دست آمده در محلولهاي بدون سیانید عموماً ضعیف هستند .[3]
آماده سازي زیرلایه
زیر لایههاي Cu و Si مورداستفاده به قطعات 1 ×1بریده شده و از قسمت میانی آن براي لایه نشانی استفاده میشود. به منظور کنترل مساحت لایه نازك انباشت شده، از چسب شیشهاي به عنوان ماسک استفاده شده است. مساحت مورد نظرجهت لایه گذاري، با استفاده از یک پانچ به شکل دایرهاي ازچسب نواري جدا شده و سپس روي زیرلایه قرار گرفته است.
براي بر قراري اتصال الکتریکی از یک سیم مسی استفاده شد که بین چسب و زیرلایه قرار گرفته است. شکل 1 مراحل مختلف ماسک زنی براي آماده سازي زیرلایه جهت لایه نشانی را نمایشمیدهد. به دلیل تأثیر زیاد زیر لایه روي ساختار و کیفیت لایه انباشتی و براي داشتن لایه انباشتی با کیفیت بالا زیرلایهها سونش شدند.زیرلایه مسی توسط سنبادههاي نرم به مدت نسبتاً طولانی صیقل داده شده اند. زیرلایه سیلیکون را به مدت چند ثانیه در اسید فلوئوریک - هیدرو فلوئوریک - 40% غوطهور کرده، دوباره آن را با آب مقطر شسته و خشک میکنیم. قسمت پشت زیرلایه را براي
داشتن تماس اهمی، آغشته به آلیاژ گالیوم ایندیوم کرده و آن را باچسب نواري به یک میله مسی متصل میکنیم .[4]
براي انباشت لایهها از یک سل حاوي الکترولیت طلا، الکترودهاي کار - زیرلایه - ، ثانویه - توري پلاتینی - و مرجع - کالومل اشباع - استفادهشد. الکترودها به ورودي یک دستگاه پتانسیو استات متصل شدهاندو پارامترهاي ورودي را میتوان از طرق دستگاه وارد کرد. پتانسیواستات یک دستگاه الکترونیکی است که پتانسیل الکتریکی بین الکترودهاي کار و مرجع در یک سل سه الکترودي را کنترل میکند. این دستگاه مقدار جریان مورد نیاز براي شارش بین الکترودهاي کار و ثانویه را فراهم میکند تا پتانسیل را در مقدارمطلوب نگه دارد. ولتاژ سل، اختلاف پتانسیل بین الکترودهاي کار
و ثانویه است. دستگاه داراي سه مد کرنوکولومتري - - CHC وکرنوپتانسیو متري - - CHP است؛ که پارامترهاي مد اول عبارتاند، ولتاژ، بار، تعداد تکرار چرخه و پارامترهاي مد دوم جریان، زمان و
تعداد تکرار چرخه میباشند.
رشد لایههاي نازك Au روي Cu و Si نوع n
شرایط بهینهي انباشت لایههاي نازك طلا بر روي زیر لایههاي مسی با تغییر ولتاژ در مد CHC و تغییر پارامتر جریان در مد CHP حاصل شد که ولتاژ بهینه انباشت مقدار -0.8V و جریان بهینه انباشت مقدار -1mA به دست آمده اند. سپس انباشت لایه هاي نازك Au روي زیر لایههاي Si نوع n در فضاي تاریک انجام شد. دریافتیم ولتاژ بهینهي انباشت -1.5V است که در مد CHC
نمونهاي با ضخامت 1.4μ حاصل شد و با جریان بهینه انباشت که مقدار -1.5mA است، لایه نازکی به ضخامت 1 .4μ در مد CHP تولید شد. براي محاسبهي ضخامت لایهها از قانون اول فاراده - 1 - بار الکتریکی لازم را تعیین میکنیم که مقدار بار q موردنیاز براي انباشت یک لایهي فلزي به ضخامت h به صورتاست. با توجه به پارامترهاي مربوط به طلا و نیکل، مقدار بارانباشتی براي ضخامت یک میکرومتر طلا 0.47 کولن و نیکل1.46کولن محاسبه شد.رشد لایههاي نازك آلیاژي Au-Ni بر روي زیرلایه هاي Cuلایههاي نازك آلیاژي و چندلایهايهايAu-Ni بر رويزیرلایههاي Cu، با الکترولیت حاوي یونهاي Au+ و Ni+ تهیهشد. مولاریته Au برابر 0.005 Molar و مولاریته Ni را 0.5 Molar انتخاب کردیم.
نتایج حاصل از آنالیز XRD
وجود پیکها بیانگر بس بلور بودن لایه نازك طلا در هر دو نمونه است. هم چنین نمودارها نشان میدهند که لایه نازكطلا داراي ساختار fcc با جهتگیري غالب در راستاي - 111 - است.
نتایج حاصل ازآنالیز تفکیک انرژيEDX
شکل5آنالیز شیمیایی نمونه Au/Cu با ضخامت 1 µm در جریان -1mAجدول2 آنالیز شیمیایی نمونه Au/Cu با ضخامت 1 µm در جریان -1mA
