磁场下铜和铬电结晶过程的初步研究.pdf

上海大学硕士学位论文摘要电沉积过程涉及冶金、材料、环保、电子、航空等众多领域，其在国民经济发展中所起的作用日益突出，特别是近年来随着微电子技术中膜器件的广泛采用，使得人们对膜器件的制备技术给予了高度的重视，而电沉积是制备功能膜的最便捷方法之一，因此如何控制电沉积过程，获得优质的镀层或者功能膜材料，近年来成为材料工作者的关注热点以往的研究除关注电沉积工艺参数的优化，以及添加剂、镀液组成等方面，近年来有越来越多的研究者开始关注物理场对电沉积过程的影响，这些物理场包括微波、超声波、脉冲电场、磁场等，但已有研究大多关注外场对电化学过程的影响，而对外场影响电沉积层组织、结构、性能方面的研究较少，相应的关于外场的影响机理仍然是有待探索的领域，这也是外场控制电沉积技术尚未得到广泛应用的原因之一本文提出在电沉积过程中施加磁场特别是超导强磁场( > 1 T c s l a ) 的设想，采用稳恒电流法，在磁场中制备出铜及铬电沉积层应用光学显微镜、扫描电镜及x 射线衍射分析方法，探讨磁场强度及磁场方向与电场的相对关系等对电沉积层表面形貌、侧面晶粒及择优取向影响的基本规律结合电磁场理论和电沉积理论，初步探索磁场对电沉积过程中的晶体形核与生长的影响机理，得到以下主要结论：磁场下铜电沉积实验结果表明：1 、施加l O T 垂直磁场时，铜电沉积层晶粒随着电流密度的增加先增大后减小：而施加1 0 T 平行强磁场时当J ∥G & B ∥J 时，铜电沉积层晶粒则随着电流密度的增加而增大：2 、施加强磁场可以显著提高电解液的传质速度，因此可有效抑制浓差极化，从而抑制高电流密度下氢气的析出；3 、由于垂直强磁场在阴极附近的亥姆霍兹层内诱生微涡流，从而导致铜电沉积层晶粒细化：而施加平行磁场时，由于离子迁移电流仍然存在垂直于磁场的分量，因此同样导致铜电沉积层晶粒细化：4 、搅拌及控温5 0 ℃条件下，即使在高电流密度下1 0 T 磁场仍然能使电沉积层保持棱锥状生长形态：5 、当施加垂直强磁场时，随着磁场强度的增加，( 2 2 0 ) 晶面择优取向指上海大学硕士学位论文数有减少的趋势：而施加平行强磁场时，随着磁场强度的增加，( 2 2 0 )晶面择优取向指数有增加的趋势。

磁场下铬电沉积实验结果表明：1 、当J 上G & B ∥J ( B 1 T e s l a ) 、惴p m p o s c d ．．1 1 l ec 叩p e ra n dC h r o m ee l e c t r o d 印o s i t sw e r ep r o d u c e dl l I m e rt h ec o r l 删e I e c t r i cc u r r e n t ．B yu s i l l gs E M ，Ⅺm ，o p 廿c a lr n i c m s c o p ea l l a l y t i cw a y s ，t l l eh i g l lm 叼n e t i cf i e l d ，c o 加e c t i o no f m a 雕c i cf i e l do r i ∞诅t i o n 蛐dt h ee l e c t r i cc 哪僦耐e 僦i o n 赶f b 吐h l gt l l es 删沁em o l p h o l o g ”s i d ef h c eg r a i l l 锄dt h ep r e f e r r e do r i e n t a t i o nw 船s t u d i e d ．A s s o c i 捌埘t ht h ee l e c 仰- d 印o s i tt l l e O r y 柚de l e c 们I I 哪c t i ct h c 0 啦t l I e 加c l 训o n 锄dg m w mo f c r y s t a li nm a g n 鲥c 丘e l d 、Ⅳ嬲a l s od i s c u s ∞d ．F o l l o w i I l gw e r cn l em a i nr e 蛐h s ：n l ee x p e r i m e mo fC o p p e re l e c _ h _ o - d 印o s m o ni I ls t a t i cI I m 口c t I cf i d ds h o w e dt h a _ t ：1 ．U n d e r lO Tm a g n e t i cn u ) 【，t l l eg B a i l lo fe k c 们一d 印o s i t i o nf i r s t l yi n c r e a ∞da n dt l l 吼d e c r e 躺e dw i 血i n c r e 鹤i n g 恤ec u r r e n td e n s i t yu r l d e rm ec o n d i t i o 璐o fJJ _ G & B j _ J ．W 1 l i l et l l eg m i no fc o p p e rd e p o s i tf i 硎yi n c r e 鹤e d 埘t l li I l c r e a 血gm ec l l r r e n td e I l s i t yl l n d c rm ec o n d i t i o n so f J ∥G ＆B ∥J ．2 ．s u p c r i m p o s i t i o no fH i 曲s t a t i cm a g n e t i cf i e l dc 觚s 吮n g t l l e nn l em 嬲s - t 瑚s f b r r i n gV e l o c i 够r e m a r k a b l y ，w h j c hc a nr e s 缸面nc o r l c 伽【仃a d o nI I I上海大学硕士学位论文p D l a r i z a t i ∞趾dm l l i b i th y d I _ 0 9 e ne v o l 谢o n 咖d e rl l i g hn l r r e md e 璐i t y ．3 ．S u p e r i r n p o s i t i o no fP e 叩e n d i c l l l a rM a 驴e t i cf i e l dw o u l di n d u c em i r c ov o r 慨n o wi nm eH e l m h o h zl a y e r ，砌c h ∞s u l t c dm a t 血e 鲥no fe l c c 廿0 —d 印o s i tⅥ，a sr e f i n e d ．T bt h ep a r 面1 e l e dm a g n e t i cf i e l d ，t l l e r es t i Ue x i s t e dt l l ep e r p e n d i c l l l 缸p a r to ft h ei o nc I l r r e n tt 0t h em 秘t i cf i e l d ，t l l e nt h eg r a i l lo fd 印o s i ta l s oc o l l l db er e f i n e dd u et oM H Dn o w4 ．U n d e rt h ec o n d i t i o 璐o fa g j t a t i o n 肌d5 0 ℃，恤p 舯m i ds h a p eo fd e p o s i tc o u l db ea l w a y sk e p ti n1 0 T e s l as 诅t i cm a 弘e t i cf i e l de v e ni fl l n d e rh i g he l c c t r i cc u r r e n td e Ⅱs 吼5 ．也ep r e 枷o r i e n t a t i o nc o e 币c i e mo f ( 2 2 0 ) c r y s t a l 缸eo fc o p p e rd 印o s nw o l l l db er e d l l c e dw h e ni n c r e a ∞m 秘t i cf l u xd e n s 时o fp e 巾e n d i c l l l a rm a g n e t i cf i e l d ．t l l ep r e f e r r e do r i e n l a t i o nc o e 伍c i e m 、Ⅳo u l db ei I l c r e ∞e dw h 饥i n c r e a s em a 印e t i cn 1 1 ) 【d e I l s i t y ． 1 ke x p e r i I n e n to fc h f o 商岫e l e c 们- d e p o s m o ni ns t a t i cm a 印e t i cf i e l ds h o w e dt h a t ：1 ．1 ks u r f k eo fc 甜l o d ec o l l l d 肿tb ec o v e r c db yc l Ⅱo m i 岫d e p o s i ti nl o wm a g n e t i cf i e l di f c u r r e n td e I l S 畸w 嬲l o w e rt h 趾1 0 6 0 ～越．W K l ei n1 0 T e s l a p 雌n d i c l l l 甜l l i g hs 伽cm a g n e t i cf i e l d ，n o 幽l I l i 啪e l e c 缸o - d e p l o s i tc o l l l db eo b “n e dw h e nc u r r e n td e n s i t yw 硒l e s st l l a n2 5 6 4A 恤2 ．2 ．M a 印鲥c & l dh a df 音we 脓to ne l e 咖—d 印o s m ∞a n ds u r ￡l c em o r p h o l o g ya tl o wp e r p e n m c l l l a rr r m g I l e t i cf i e l d ，w 1 1 i l e 卿ls i z eo fc h m I I l i u me l e c n D ·d e p o s i tw a s ( 1 e c r e a s e di I ll o wp 删l e lm a g n e t i cf i e l d ．3 ．w h c nt 1 1 ec u r r e n td e t l s i t yi s4 2 4 0 A ／m 2 ，也ec re l e c 仰- d e p o s m o ne ) 【h i b i t e d 血e( 1 l O ) p r c f c Ⅱe do r i e n t a t i o I l s ，砌l ei I l6 3 6 0 ～一，( 2 1 1 ) w o l l l dt a k em ep l ∞eo f ( 1 1 0 ) t ob e 也ep r e f e n ．e do r i e n 僦o n sc r y s t a lf a c ew h e t l l e ro rn o ti m p o s m gl o wp e r p e n m c u l 盯m a 驴e t i cf i e l d ．H o w e v e r ，C re l e c n 伽d e p o s 砒o na g a i l le x h i b i t e dm e( 11 0 ) p r e f c 玎删o r i e n t a t i o Ⅱsa t6 3 6 0 从一i l l1 0 T e s l ap e r p e n。