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科學報告


晶核形成對銅沉積結構的影響

晶核形成對銅沉積結構的影響

介紹

銅的沉積是在晶體的基礎上逐步建立形成的,這些晶體來源於一核子。核子的形成被稱為晶核形成,它對銅沉積最後的結構有重大的影響。在晶核形成率相對高的情況下,更多的晶體以較小的平均尺寸將形成。這使晶核形成率成為控制銅沉積結構一重要的參數。

晶核形成率取決於超電勢。通過看一下核子是如何形成的,我們可以理解這個原理。首先先介紹一下吸附原子這個概念。


吸附原子


簡單起見,假設:在某一核子形成的表面部分是絕對的平坦,沒有任何一點差錯。電解質中的單個銅離子附在這個表面是新晶體在此表面形成的開始,同時這銅離子變成吸附原子。這吸附原子與銅表面不緊密地接觸,僅有一面與銅表面相互作用。在任何時候,一些吸附原子在這表面存在(看圖1)。它們橫越此表面,在其周圍移動,這種現象被稱為表面擴散。一些吸附原子包含在現有的晶體內,一些吸附原子將再次溶解,另一些將成為新核子的一部分。



圖1: 在平坦的銅表面的吸附原子


核子的形成

N核子是怎麼形成的?通常,吸附原子停留在表面的時間不長,因為,它們僅有一面與表面相互作用,所以它們能夠容易地再次溶解。但有時,兩個吸附原子相遇,在一起兩邊互相作用,變得更加穩定。假如表面的吸附原子的數量足夠多,吸附原子群將形成(看圖2),此原子群為一些吸附原子提供了三面以上的相互作用。



圖2: 吸附原子群的形成


這個群體越大,它也就越穩定。假如這個群體達到一定的臨界大小,它將不再溶解,但是繼續變大,成為晶體。達到臨界大小的群體被稱為核子。

晶核形成率

以上的解釋表明了晶核形成率取決於在表面的吸附原子的數量。在高超電勢情況下,吸附原子的濃度也會很高,顯然,高超電勢將導致更高的晶核形成率和更小的平均晶體大小。這聯繫的有趣特徵是對於任何一個系統,存在著一個鑒定的超電勢,在低於這個超電勢的情況下,幾乎沒有晶核形成的發生,因此,非常大的晶體能夠形成。在高於這個鑒定超電勢的情況下,晶核形成率意味著指數大幅度地上升。

電子線路板包括大批的地區系統,這些系統主要通過超電勢和銅離子濃度斜率來下定義的,鑽孔的中心或是盲孔的底部就是典型的例子。因此,晶核形成率取決於電子線路板地區的情況。這解釋了為什麼在厚嵌板鑽孔的中間形成的晶體要比外表面大。這主要是因為在鑽孔的中間有一低的超電勢。

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