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科學報告


由高電流密度引起的問題

由高電流密度引起的問題

這篇文章主要是關於在高電流密度情況下電鍍的一些後果:粗銅和在陰極的蝕損斑。

節結形成:粗銅

節結的形成是由粗銅表面引起的。值得注意的是粗糙的銅和粗銅有明顯的區別。粗糙的銅由在低的電流密度下大晶體的形成引起的,這意味著沉積的機械特徵是拙劣的。粗銅與晶體大小或機械特徵沒有關係,因此,假如光澤的表面沒有要求,粗銅是可以容忍的。

節結是在多晶體結構的表面突出的不規則。它們源於在表面的小突出,在沉積過程中變得越來越大。這些小的突出沒有被覆蓋,而在沉積過程中變得越來越大,主要的原因與大批量運輸有關。

在表面的附近存在著一擴散層。此層的厚度與擴散係數決定了在擴散層的銅離子的濃度梯度。在足夠小的比例上流覽,看到這擴散層的厚度是均衡的,即使在表面有小的突出點的存在。所有這一切顯示了突出在表面經歷的銅離子濃度要比在它四周的平面高(看圖1)。這意味了在突出的電流密度更高,所以它的增長要比四周快,這樣使得電流密度差別更高。這個程式不斷地加速,同時節結形成了。


                                圖1


以上提到的節結髮展機制說明了濃度梯度是必要的,同時更傾斜的坡度促進節結的發展。因為一高電流密度導致了更傾斜的濃度坡度,所以節結的形成在高電流密度變得更糟糕。

蝕損斑

蝕損斑是在銅沉積過程中,用於形容非常小的洞的出現的術語。象節結形成一樣,蝕損斑在高電流密度領域出現。引起蝕損斑的原因是氫氣的形成。在高電流密度,在陰極表面的銅離子濃度很低。在接近於限制的電流密度,而低於一定濃度的情況下,所需的電流密度僅靠銅沉積不能維持。這意味了 超電勢一步增長,氫開始形成負面反應。在小的氫氣泡周圍,銅將被沉積,同時洞在沉積處形成。

假如氫的形成僅在短時間內發生,時間要比銅的原子層的沉積短,這樣蝕損斑將不會發生。舉個例子,當在 2.5 ASD 電鍍,所需沉積一原子層的時間是 10ms。

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