Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором
Предложены различные технологические приемы, позволяющие получить правильную геометрию электрода в процессе электроосаждения меди и уменьшить внутреннее напряжение осаждаемого слоя....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2009
|
| Назва видання: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52044 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором / Л.Б. Джангидзе, А.Н. Тавхелидзе, Ю.М. Благидзе, З.И. Талиашвили // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 2. — С. 37-42. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-52044 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-520442025-02-09T22:30:52Z Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором Електроосадження конформних електродів для отримання тунельного переходу з вакуумним нанозазором Electroplating of the conform electrodes for obtaining of a tunnel transition with a vacuum nanoclearance Джангидзе, Л.Б. Тавхелидзе, А.Н. Благидзе, Ю.М. Талиашвили, З.И. Технологические процессы и оборудование Предложены различные технологические приемы, позволяющие получить правильную геометрию электрода в процессе электроосаждения меди и уменьшить внутреннее напряжение осаждаемого слоя. Електроосадження мідного електроду на підкладці Si здійснюється для отримання вакуумного нанозазору великої площі для термотунельних приладів. Для отримання правильної геометрії такого електроду і зменшення внутрішньої напруги в ньому використовували обертання катода, різні захисні маски, асиметричний струмовий режим, регулювання і стабілізацію температуриелектроліту. Зменшення діаметру електроду до 3 мм ізбільшення товщини кремнієвої пластини до 2 мм даєможливість виростити електрод з вигином порядка 2,5 нм/мм. Це дозволило отримати два конформні електроди з нанозазором менше 5 нм на площі 7 мм². Такконформні електроди можна використовувати в пристроях на основі тунельного проходження електронів. Electroplating of a Cu electrode on a Si substrate is carried into effect in order to get vacuum nano-clearance of a big area for the thermotunnel devices. For obtaining the correct geometry of such an electrode and reduction of the internal tension, there were used the rotation of the cathode, various protective masks, the dissymmetric current mode, the regulation and stabilization of electrolit s temperature. The diameter of electrode reduction down to 3 mm and the increase in thickness of an initial silicon plate up to 2 mm enable to grow up an electrode with a bend of about 2,5 nm/mm. Which made it possible to obtain two conform electrodes with the nano-clearance of less than 5 nm on the area of 7 mm². The conform electrodes of this type may be used in the device based on electrons tunnel transition. 2009 Article Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором / Л.Б. Джангидзе, А.Н. Тавхелидзе, Ю.М. Благидзе, З.И. Талиашвили // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 2. — С. 37-42. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 2225-5818 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52044 ru Технология и конструирование в электронной аппаратуре application/pdf Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование |
| spellingShingle |
Технологические процессы и оборудование Технологические процессы и оборудование Джангидзе, Л.Б. Тавхелидзе, А.Н. Благидзе, Ю.М. Талиашвили, З.И. Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description |
Предложены различные технологические приемы, позволяющие получить правильную геометрию электрода в процессе электроосаждения меди и уменьшить внутреннее напряжение осаждаемого слоя. |
| format |
Article |
| author |
Джангидзе, Л.Б. Тавхелидзе, А.Н. Благидзе, Ю.М. Талиашвили, З.И. |
| author_facet |
Джангидзе, Л.Б. Тавхелидзе, А.Н. Благидзе, Ю.М. Талиашвили, З.И. |
| author_sort |
Джангидзе, Л.Б. |
| title |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| title_short |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| title_full |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| title_fullStr |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| title_full_unstemmed |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| title_sort |
электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором |
| publisher |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Технологические процессы и оборудование |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/52044 |
| citation_txt |
Электроосаждение конформных электродов для получения туннельного перехода с вакуумным нанозазором / Л.Б. Джангидзе, А.Н. Тавхелидзе, Ю.М. Благидзе, З.И. Талиашвили // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2009. — № 2. — С. 37-42. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| series |
Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| work_keys_str_mv |
AT džangidzelb élektroosaždeniekonformnyhélektrodovdlâpolučeniâtunnelʹnogoperehodasvakuumnymnanozazorom AT tavhelidzean élektroosaždeniekonformnyhélektrodovdlâpolučeniâtunnelʹnogoperehodasvakuumnymnanozazorom AT blagidzeûm élektroosaždeniekonformnyhélektrodovdlâpolučeniâtunnelʹnogoperehodasvakuumnymnanozazorom AT taliašvilizi élektroosaždeniekonformnyhélektrodovdlâpolučeniâtunnelʹnogoperehodasvakuumnymnanozazorom AT džangidzelb elektroosadžennâkonformnihelektrodívdlâotrimannâtunelʹnogoperehoduzvakuumnimnanozazorom AT tavhelidzean elektroosadžennâkonformnihelektrodívdlâotrimannâtunelʹnogoperehoduzvakuumnimnanozazorom AT blagidzeûm elektroosadžennâkonformnihelektrodívdlâotrimannâtunelʹnogoperehoduzvakuumnimnanozazorom AT taliašvilizi elektroosadžennâkonformnihelektrodívdlâotrimannâtunelʹnogoperehoduzvakuumnimnanozazorom AT džangidzelb electroplatingoftheconformelectrodesforobtainingofatunneltransitionwithavacuumnanoclearance AT tavhelidzean electroplatingoftheconformelectrodesforobtainingofatunneltransitionwithavacuumnanoclearance AT blagidzeûm electroplatingoftheconformelectrodesforobtainingofatunneltransitionwithavacuumnanoclearance AT taliašvilizi electroplatingoftheconformelectrodesforobtainingofatunneltransitionwithavacuumnanoclearance |
| first_indexed |
2025-12-01T11:01:50Z |
| last_indexed |
2025-12-01T11:01:50Z |
| _version_ |
1850303486618501120 |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
37
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
Äàòà ïîñòóïëåíèÿ â ðåäàêöèþ
18.09 2008 ã.
Îïïîíåíò ä. õ. í. Â. Í. ÒÎÌÀØÈÊ
(ÈÔÏ èì. Â. Å. Ëàøêàð¸âà, ã. Êèåâ)
Ë. Á. ÄÆÀÍÃÈÄÇÅ, ê. ô.-ì. í. À. Í. ÒÀÂÕÅËÈÄÇÅ,
Þ. Ì. ÁËÀÃÈÄÇÅ, Ç. È. ÒÀËÈÀØÂÈËÈ
Ãðóçèÿ, Òáèëèññêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò
E-mail: avtotav@geo.net.ge
ÝËÅÊÒÐÎÎÑÀÆÄÅÍÈÅ ÊÎÍÔÎÐÌÍÛÕ ÝËÅÊÒÐÎÄÎÂ
ÄËß ÏÎËÓ×ÅÍÈß ÒÓÍÍÅËÜÍÎÃÎ ÏÅÐÅÕÎÄÀ
Ñ ÂÀÊÓÓÌÍÛÌ ÍÀÍÎÇÀÇÎÐÎÌ
Ïðåäëîæåíû ðàçëè÷íûå òåõíîëîãè÷å-
ñêèå ïðèåìû, ïîçâîëÿþùèå ïîëó÷èòü ïðà-
âèëüíóþ ãåîìåòðèþ ýëåêòðîäà â ïðî-
öåññå ýëåêòðîîñàæäåíèÿ ìåäè è óìåíü-
øèòü âíóòðåííåå íàïðÿæåíèå îñàæäà-
åìîãî ñëîÿ.
 ïîñëåäíèå ãîäû ïðîâîäÿòñÿ ðàáîòû ïî ñîçäà-
íèþ ìèêðîõîëîäèëüíèêîâ íà îñíîâå êâàíòîâîìåõà-
íè÷åñêîãî òóííåëèðîâàíèÿ ýëåêòðîíîâ. Ïåðâîå òåî-
ðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå îõëàæäåíèÿ ñ ïîìîùüþ
òóííåëèðîâàíèÿ ïðîâîäèëîñü äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ
ïåðåãðåâà îäíîýëåêòðîííûõ òðàíçèñòîðîâ [1]. Òèïè÷-
íûé òóííåëüíûé ïåðåõîä «ìåòàëë�èçîëÿòîð�ìå-
òàëë» èìååò âûñîêóþ óäåëüíóþ òåïëîïðîâîäíîñòü
âñëåäñòâèå íèçêîé òîëùèíû èçîëÿòîðà (3�10 íì).
Ýòî ïðèâîäèò ê ïîÿâëåíèþ ïàðàçèòíîãî îáðàòíîãî
òåïëîâîãî ïîòîêà, êîòîðûé óìåíüøàåò êîýôôèöèåíò
îõëàæäåíèÿ.
Òóííåëüíûé ïåðåõîä «ìåòàëë�âàêóóì�ìåòàëë»
ëèøåí ýòîãî íåäîñòàòêà, îäíàêî îí î÷åíü ñëîæåí ñ
òî÷êè çðåíèÿ ïðàêòè÷åñêîé ðåàëèçàöèè.  [2] ïðåäëî-
æåí ìåòîä ïîëó÷åíèÿ òàêîãî ïåðåõîäà ýëåêòðîõèìè-
÷åñêèì îñàæäåíèåì êîíôîðìíûõ ýëåêòðîäîâ, ïðè
êîòîðîì îáðàçóåòñÿ âàêóóìíûé íàíîçàçîð áîëüøîé
ïëîùàäè.
Õàðàêòåðèñòèêè õîëîäèëüíèêîâ ñ âàêóóìíûì íà-
íîçàçîðîì èçó÷àëèñü òåîðåòè÷åñêè â ðÿäå ðàáîò [3�
7]. Áûëî ïîêàçàíî, ÷òî îõëàæäàþùàÿ ñïîñîáíîñòü
ïåðåõîäà «ìåòàëë�âàêóóì�ìåòàëë» ñîñòàâëÿåò ïðè-
ìåðíî 100 Âò/ñì2 [3, 5], îäíàêî êîýôôèöèåíò îõëàæ-
äåíèÿ òàêèõ ïåðåõîäîâ íå ïðåâûøàåò 10%. Â [6] èçó-
÷àëè òóííåëüíûé ïåðåõîä «ìåòàëë�âàêóóì�èçîëÿ-
òîð�ìåòàëë» ñ äîïîëíèòåëüíûì òîíêèì ñëîåì èçî-
ëÿòîðà íà êîëëåêòîðå. Êîýôôèöèåíò îõëàæäåíèÿ òà-
êîãî ïåðåõîäà îêàçàëñÿ çíà÷èòåëüíî âûøå, ïîðÿäêà
40�50%, à èçîëÿöèîííûé ñëîé ïðåäîõðàíÿåò ýëåêò-
ðîäû îò êîðîòêîãî çàìûêàíèÿ è óïðîùàåò èõ êîíñò-
ðóêöèþ.  [8] îïðåäåëåíà âîçìîæíîñòü ïðàêòè÷å-
ñêîé ðåàëèçàöèè êîíôîðìíûõ ýëåêòðîäîâ ýëåêòðîîñàæ-
äåíèåì ìåäè.
Ìåòîäû ðåàëèçàöèè è ýêñïåðèìåíòàëüíûå
ðåçóëüòàòû
 êà÷åñòâå áàçîâûõ ýëåêòðîäîâ ïðè ýëåêòðîëèçå
áûëè èñïîëüçîâàíû ïîëèðîâàííûå ïîäëîæêè Si(100)
n-òèïà äèàìåòðîì 50, 40 è 20 ìì è òîëùèíîé 1�
2 ìì. Íà êðåìíèåâûå ïëàñòèíû îñàæäàëèñü â âàêóó-
ìå òîíêèå ïëåíêè Ti è Ag (Ti � 0,1 ìêì è Ag � 1,2 ìêì)
ñî ñðåäíåé àäãåçèåé ìåæäó íèìè, êîòîðàÿ òî÷íî ðå-
ãóëèðîâàëàñü [9]. Çàòåì ïðè íîðìàëüíûõ óñëîâèÿõ
ïðîâîäèëè ýëåêòðîîñàæäåíèå òîëñòîãî ñëîÿ ìåäè íà
ïîâåðõíîñòü ñåðåáðà.
Òîëñòûå ñëîè Cu îñàæäàëèñü â ñóëüôàòíûõ ýëåê-
òðîëèòàõ (CuSO4
.5H2O+H2SO4+C2H5OH+H2O) â òåð-
ìîñòàáèëèçèðîâàííîé âàííå ñ ìåõàíè÷åñêèì ïåðå-
ìåøèâàíèåì ýëåêòðîëèòà ïðè ïëîòíîñòè òîêà i=15�
50 ìÀ/ñì2. Ýòè ýëåêòðîëèòû íå ñëîæíû ïî ñâîåìó
ñîñòàâó, óñòîé÷èâû, ëåãêî êîððåêòèðóþòñÿ è ïîçâî-
ëÿþò èñïîëüçîâàòü îòíîñèòåëüíî âûñîêèå ïëîòíîñòè
òîêà, à âûõîä ïî òîêó áëèçîê ê òåîðåòè÷åñêîìó çíà-
÷åíèþ � 100%. Ýòèëîâûé ñïèðò â íåêîòîðîé ñòåïå-
íè ïðåäîòâðàùàåò îáðàçîâàíèå îäíîâàëåíòíûõ èîíîâ
ìåäè, ñïîñîáñòâóÿ ïîëó÷åíèþ ìåëêîêðèñòàëëè÷å-
ñêîãî îñàäêà.
Òîêîâûé âûâîä ïîäñîåäèíÿëñÿ ê Si-ïëàñòèíå ñ
îáðàòíîé ñòîðîíû, êîòîðàÿ áûëà èçîëèðîâàíà îò ýëåê-
òðîëèòà.
Ýëåêòðîëèç ïðîâîäèëè â òåìïåðàòóðíîì äèàïàçî-
íå 23,5�35°C. Ñòàáèëèçàöèÿ òåìïåðàòóðû ïîçâîëÿ-
ëà íå äîïóñòèòü ïðåæäåâðåìåííîãî ðàñùåïëåíèÿ
ýëåêòðîäîâ èç-çà ðàçëè÷èÿ â êîýôôèöèåíòàõ òåðìè-
÷åñêîãî ðàñøèðåíèÿ êðåìíèÿ ïëàñòèíû è îñàæäàå-
ìîãî ñëîÿ ìåäè. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçîâàëè äâå âàííû.
Âàííà ñ ýëåêòðîëèòîì ïîìåùàëàñü â âàííó ñ âîäîé.
Òåìïåðàòóðà âîäû ïîääåðæèâàëàñü íàãðåâàòåëåì è
áûëà íà äâà ãðàäóñà ìåíüøå, ÷åì òåìïåðàòóðà ýëåêò-
ðîëèòà, êîòîðàÿ âàðüèðîâàëàñü â äèàïàçîíå 23,5�
35°C è ñòàáèëèçèðîâàëàñü ñ òî÷íîñòüþ äî 0,3°C. Èñ-
ñëåäîâàëàñü âîçìîæíîñòü ïîëó÷åíèÿ îñàæäåííîãî
ñëîÿ Cu ñ îäíîðîäíîé ïîâåðõíîñòüþ äëÿ ñîçäàíèÿ
ìåòàëëè÷åñêîãî ýëåêòðîäà íóæíîãî äèàìåòðà è ôîð-
ìû. Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ ðàâíîìåðíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ
Cu ïî ïîâåðõíîñòè êàòîäà èñïîëüçîâàëèñü ñëåäóþ-
ùèå ìåòîäû:
� çàùèòà ïîâåðõíîñòè êàòîäà êîëüöåâûìè ìàñ-
êàìè ðàçíîé ôîðìû èç ýëåêòðîèçîëÿöèîííîãî ìàòå-
ðèàëà;
� óñòàíîâêà äîïîëíèòåëüíûõ êàòîäîâ îêîëî îñ-
íîâíîãî êàòîäà;
� âðàùåíèå êàòîäà;
� èñïîëüçîâàíèå àíîäîâ ðàçëè÷íûõ ðàçìåðîâ;
� èñïîëüçîâàíèå àñèììåòðè÷íîãî ïåðåìåííîãî
òîêà.
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
38
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
Íà Si-ïëàñòèíàõ äèàìåòðîì 50 è 40 ìì îñàæäàëñÿ
ìåäíûé ýëåêòðîä äèàìåòðîì 28 ìì. Íà ïëàñòèíàõ äè-
àìåòðîì 20 ìì âûðàùèâàëèñü ýëåêòðîäû äèàìåòðîì
12 è 3 ìì. Òîëùèíà ñëîÿ ìåäè ñîñòàâëÿëà 450�
750 ìêì äëÿ ýëåêòðîäîâ äèàìåòðîì 28 è 12 ìì è äî
4000 ìêì äëÿ ýëåêòðîäà äèàìåòðîì 3 ìì.
 ðåçóëüòàòå ïîëó÷àëè «ñýíäâè÷» Si/Ti/Ag/Cu
(ðèñ. 1, à), êîòîðûé ïðè íàãðåâå èëè îõëàæäåíèè ðàç-
äåëÿåòñÿ íà îáúåìíûå ýëåêòðîäû Si/Ti è Ag/Cu (ðèñ. 1, á)
[2] èç-çà ðàçëè÷èÿ êîýôôèöèåíòîâ òåðìè÷åñêîãî ðàñ-
øèðåíèÿ Si è Cu. Êîíôîðìíîñòü ïîâåðõíîñòè ýëåêò-
ðîäîâ, ñôîðìèðîâàâøèõñÿ ïîñëå ðàñùåïëåíèÿ (ò. å.
âåëè÷èíó îáùåãî èçãèáà), îïðåäåëÿëè îïòè÷åñêèì ìå-
òîäîì ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà Ìàéêåëüñîíà [10].
Íà ýëåêòðîäå Ag/Cu èçãèá îïðåäåëÿëè ñî ñòîðîíû Ag.
 êà÷åñòâå èñòî÷íèêà èçëó÷åíèÿ ñëóæèë He�Ne-
ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû λ=632,8 íì. Îäíî èç çåðêàë
èíòåðôåðîìåòðà çàìåíÿëè çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòüþ
ýëåêòðîäà Ag/Cu. Èíòåðôåðåíöèîííàÿ êàðòèíà ôîð-
ìèðîâàëàñü â âîçäóøíîì çàçîðå ìåæäó îäíèì èç
çåðêàë è âèðòóàëüíûì èçîáðàæåíèåì âòîðîãî çåðêà-
ëà (â íàøåì ñëó÷àå � îáðàçöà). Êîãäà çàçîð áûë ïà-
ðàëëåëüíûì, ïîëó÷àëè ïîëîñû îäèíàêîâîãî íàêëîíà
(êîëüöà) (ðèñ. 2). Ïîñëå çàêðåïëåíèÿ îáðàçöà â ñîîò-
âåòñòâóþùåì ëèñòå èíòåðôåðîìåòðà ïîëîæåíèå îá-
ðàçöà ðåãóëèðîâàëè äëÿ ïîëó÷åíèÿ èíòåðôåðåíöèîí-
íîé êàðòèíû ñ íàêëîííûìè ïîëîñàìè. Ïîäñ÷èòàâ ÷èñ-
ëî êîëåö n, ìîæíî âû÷èñëèòü îáùèé èçãèá îáðàçöà
ïî ôîðìóëå N=nλ/2. Çíàê èçãèáà îïðåäåëÿëñÿ ïðè ëåã-
êîì íàæàòèè íà çåðêàëî, íàõîäÿùååñÿ â áîëüøîì
ïëå÷å èíòåðôåðîìåòðà. Óìåíüøåíèå êîëè÷åñòâà êî-
ëåö íà èíòåðôåðåíöèîííîé êàðòèíå îçíà÷àåò âûïóê-
ëîñòü ïîâåðõíîñòè è, ñîîòâåòñòâåííî, óâåëè÷åíèå
êîëè÷åñòâà êîëåö ñâèäåòåëüñòâóåò î åå âîãíóòîñòè.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ïðèâåäåííîãî èçãèáà α ìåòàëëè÷å-
ñêîãî ýëåêòðîäà èñïîëüçîâàëè ôîðìóëó
/ 2
.
n
D
λα =
Íà÷àëüíûé ïðèâåäåííûé èçãèá äëÿ áàçîâîãî ýëåêò-
ðîäà (Si-ïëàñòèíû) ñ D=50, 40 è 20 ìì ñîñòàâëÿë 57,
47 è 16 íì/ìì, ñîîòâåòñòâåííî. Âî âðåìÿ èçìåðåíèé
èçãèáà ñ ïîìîùüþ èíòåðôåðîìåòðà òåìïåðàòóðó ïîä-
äåðæèâàëè ðàâíîé òåìïåðàòóðå îñàæäåíèÿ ìåäíîãî
ýëåêòðîäà.
 ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ ìåäíàÿ ïîâåðõíîñòü áûëà
íåðîâíîé, ñ âûñòóïàþùèìè êðàÿìè (ðèñ. 3, à). Òîë-
ùèíà ìåäè íà êðàÿõ ýëåêòðîäà ïðèìåðíî â äâà ðàçà
ïðåâûøàëà òîëùèíó â åãî ñðåäíåé ÷àñòè. Ðàñ÷åòû
ïîçâîëÿþò îïðåäåëèòü òîëüêî ñðåäíþþ òîëùèíó ïî-
âåðõíîñòè. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå â [11] ïîêà-
çàëè, ÷òî äàæå íà ïëîñêèõ ýëåêòðîäàõ, ïîìåùåííûõ
íà ðàâíîì ðàññòîÿíèè îò àíîäà, ïëîòíîñòü òîêà, à ñëå-
äîâàòåëüíî è òîëùèíà ïîêðûòèÿ ðàñïðåäåëÿþòñÿ íå-
ðàâíîìåðíî. Ïëîòíîñòü òîêà â óãëàõ è ïî êðàÿì ýëåê-
òðîäà çíà÷èòåëüíî ïðåâûøàåò ðàñ÷åòíóþ, à â ñðåäíåé
åãî ÷àñòè îíà íèæå. Åñëè äâà ïàðàëëåëüíûõ ýëåêòðî-
äà îäèíàêîâîé ïëîùàäè ïîìåñòèòü â ýëåêòðîëèò, òîê
ïðîõîäèò íå òîëüêî âäîëü îñíîâíûõ ñèëîâûõ ëèíèé,
ïåðïåíäèêóëÿðíûõ ê ïîâåðõíîñòè ýëåêòðîäîâ, íî è
âäîëü äîïîëíèòåëüíûõ ñèëîâûõ ëèíèé. Åñëè ïðè ïî-
ïåðå÷íîì ñå÷åíèè âàííû ïëîùàäü ýëåêòðîëèòà áîëü-
øå, ÷åì ïëîùàäü ýëåêòðîäîâ, ñèëîâûå ëèíèè êîí-
öåíòðèðóþòñÿ, â îñíîâíîì, ïî êðàÿì ýëåêòðîäà è
ìîãóò îãèáàòü èõ â çàâèñèìîñòè îò ãåîìåòðèè ýëåêò-
ðîäà è âàííû.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ êðàåâûõ ýôôåêòîâ âî âðåìÿ
îñàæäåíèÿ ñëîÿ ìåäè òîëùèíîé 450�750 ìêì íà
à) á)
â) ã)
Ðèñ. 2. Èíòåðôåðîãðàììû ïîâåðõíîñòè Ag/Cu-ýëåêòðî-
äà (ñî ñòîðîíû Ag) (à, á, ã) è Si/Ti-ýëåêòðîäà (â) ïîñëå
âñêðûòèÿ ñýíäâè÷åé, ïîëó÷åííûõ ïðè 35°Ñ:
à � áåç âðàùåíèÿ êàòîäà; á, ã � ñ âðàùåíèåì êàòîäà
à) Cu-ýëåêòðîä Ag-ïëåíêà
Si-ïîäëîæêà Ti-ïëåíêà
á) Ag/Cu-ýëåêòðîä
Âàêóóìíûé íàíîçàçîð Si/Ti-ýëåêòðîä
Ðèñ. 1. Ìíîãîñëîéíûé ñýíäâè÷ Si/Ti/Ag/Cu (à) è êîíôîð-
ìíûå ýëåêòðîäû, ïîëó÷åííûå ïîñëå ðàñùåïëåíèÿ ñýíä-
âè÷à (á)
á)
h2
Ag/Cu-ýëåêòðîä
à) Ag/Cu-ýëåêòðîä
Cu
A g
Ðèñ. 3. Ýëåêòðîä Ag/Cu, îñàæäåííûé áåç çàùèòíîé ìàñ-
êè (à) è ñ çàùèòíîé ìàñêîé âûñîòîé 3 ìì (á)
h1
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
39
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ýëåêòðîä äèàìåòðîì 28 ìì èñïîëüçîâàëè ðàçíûå çà-
ùèòíûå ìàñêè âûñîòîé 3 ìì. Ìåäíûé ñëîé ýëåêòðî-
äà Ag/Cu èìåë âîãíóòóþ ïîâåðõíîñòü ñ ðàçíîé òîë-
ùèíîé ïî êðàÿì (ðèñ. 3, á). Òîëùèíà ìåäíîãî ñëîÿ â
íèæíåé ÷àñòè ýëåêòðîäà (h2) âñåãäà áûëà áîëüøå, ÷åì
â åãî âåðõíåé ÷àñòè (h1). Ñðåäíÿÿ ðàçíèöà ñîñòàâëÿ-
ëà ∆hñð=105 ìêì. Ïîâåðõíîñòü ýëåêòðîäà Ag/Cu ñî
ñòîðîíû Ag èìåëà èçãèá öèëèíäðè÷åñêîé ôîðìû ñ
α=237 íì/ìì.
Äëÿ óñòðàíåíèÿ èçãèáà ýëåêòðîäà Ag/Cu äèàìåòð
êðåìíèåâîé ïëàñòèíû óìåíüøèëè äî 20 ìì ïðè íå-
èçìåííîé åå òîëùèíå (1 ìì), à äèàìåòð îñàæäàåìîãî
ýëåêòðîäà óìåíüøèëè äî 12 ìì. Ïðè ýòîì âûñîòó
êîëüöåâîé çàùèòíîé ìàñêè óâåëè÷èëè äî 10 ìì. Ïî-
âåðõíîñòü Cu ñîõðàíèëà òàêóþ æå âîãíóòóþ ôîðìó ñ
êðàÿìè ðàçíîé âûñîòû, íî çíà÷åíèå ∆hñð óìåíüøè-
ëîñü äî 41 ìêì. Ïîâåðõíîñòü ýëåêòðîäà ñî ñòîðîíû
Ag èìåëà òàêóþ æå öèëèíäðè÷åñêóþ ôîðìó, çíà÷å-
íèå ïðèâåäåííîãî èçãèáà ñîñòàâëÿëî 178 íì/ìì.
Èçâåñòíî, ÷òî ïðè ýëåêòðîîñàæäåíèè ìåòàëëà ïëåí-
êè îñàäêîâ íàõîäÿòñÿ â íàïðÿæåííîì ñîñòîÿíèè, è
êîãäà îñàæäåíèå ïðîèñõîäèò òîëüêî íà îäíîé ñòîðî-
íå êàòîäà, ýòè ñèëû íàïðÿæåíèÿ ïðèâîäÿò ê åãî èçãè-
áó [12]. ×òîáû óìåíüøèòü êðèâèçíó êàòîäà, óâåëè÷è-
ëè òîëùèíó êðåìíèåâîé ïëàñòèíû äî 2 ìì. Â ðåçóëü-
òàòå èçãèá ýëåêòðîäà óìåíüøèëñÿ, è äëÿ îñàæäåííî-
ãî ìåäíîãî ýëåêòðîäà äèàìåòðîì 12 ìì ïðèâåäåííûé
èçãèá ñîñòàâèë 117 íì/ìì.
Ïðè ñðàâíåíèè èçãèáîâ ìåòàëëè÷åñêèõ ýëåêòðî-
äîâ, îñàæäåííûõ íà êðåìíèåâûå ïëàñòèíû òîëùèíîé
1 è 2 ìì, âèäíî, ÷òî ñ óâåëè÷åíèåì òîëùèíû ïëàñòè-
íû äî 2 ìì èçãèá ýëåêòðîäà Ag/Cu óìåíüøàåòñÿ ïðè-
áëèçèòåëüíî â 1,5 ðàçà.
Äëÿ óìåíüøåíèÿ íåðîâíîñòè ýëåêòðîäà ïî êðàÿì
ðÿäîì ñ îñíîâíûì êàòîäîì ïîìåùàëè äîïîëíèòåëü-
íûå êàòîäû. Ïðè ôîðìèðîâàíèè ìåäíîãî ýëåêòðîäà
äèàìåòðîì 12 ìì äîïîëíèòåëüíûé êîëüöåâîé ýëåêò-
ðîä ïîìåùàëñÿ íà âíåøíåì äèàìåòðå çàùèòíîé ìàñ-
êè. Ýòîò ýëåêòðîä îòáèðàë ÷àñòü òîêà è çíà÷èòåëüíî
ñíèæàë íåðàâíîìåðíîñòü îñàæäåíèÿ Cu ïî êðàÿì.
Ïëîòíîñòü òîêà äîïîëíèòåëüíîãî êàòîäà ñîñòàâëÿëà
i=5 ìÀ/ñì2. Ïîëó÷åííûé â òàêèõ óñëîâèÿõ ñëîé ìåäè
áûë áîëåå ðàâíîìåðíûé (∆hñð=9 ìêì, ïðèâåäåííûé
èçãèá ýëåêòðîäà, èçìåðåííûé ñî ñòîðîíû ñëîÿ Ag,
ðàâåí 87 íì/ìì).
Äëÿ äàëüíåéøåãî óìåíüøåíèÿ íåðàâíîìåðíîñòè
ñëîÿ ìåäè íà ýëåêòðîäå êàòîä âðàùàëñÿ, ÷òî îáåñïå-
÷èâàëî ïåðåìåøèâàíèå ýëåêòðîëèòà. Ýòî, â ñâîþ î÷å-
ðåäü, ïîçâîëÿëî ïîëó÷èòü ìåäíóþ ïîâåðõíîñòü ñ ðàâ-
íîìåðíûìè êðàÿìè è öåíòðàëüíî-ñèììåòðè÷íûì èç-
ãèáîì ìåòàëëè÷åñêîãî ýëåêòðîäà (ðèñ. 2, á) ñ íåîá-
õîäèìûì çíàêîì èçãèáà.
Êðîìå ïåðå÷èñëåííûõ ñïîñîáîâ èñïîëüçîâàëè
òàêæå êîíóñîîáðàçíûå çàùèòíûå ìàñêè âûñîòîé 5 è
10 ìì ñ äèàìåòðàìè îòâåðñòèé 9/12, 10/12, 11/12,
12/12 ìì. Â çàâèñèìîñòè îò äèàìåòðà îòâåðñòèÿ çà-
ùèòíîé ìàñêè è óãëîâîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ êàòîäà
Vϕ ìåäíàÿ ïîâåðõíîñòü ýëåêòðîäà Ag/Cu ïîëó÷àëàñü
ëèáî âîãíóòîé (ðèñ. 4, à), ëèáî âûïóêëîé (ðèñ. 4, á).
 ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ìàñîê ñ äèàìåòðàìè îòâåð-
ñòèé 9/12 è 10/12 ìì ìåäíàÿ ïîâåðõíîñòü áûëà âñåãäà
âûïóêëîé, íåçàâèñèìî îò óãëîâîé ñêîðîñòè âðàùåíèÿ
êàòîäà. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ìàñîê ñ äèàìåòðàìè îò-
âåðñòèé 11/12 è 12/12 ìì ïðè Vϕ=2,5 îá/ìèí ìåäíàÿ
ïîâåðõíîñòü áûëà, â îñíîâíîì, âîãíóòîé, òîãäà êàê
ïðè Vϕ=10 îá/ìèí îíà áûëà âûïóêëîé. Çíà÷åíèÿ ∆hñð,
∆lñð (ðàçëè÷èå â òîëùèíå ýëåêòðîäà ìåæäó öåíòðîì è
êðàÿìè) è αñð ïðèâåäåíû â òàáë. 1. Êàê âèäíî, ìèíè-
ìàëüíûé ïðèâåäåííûé èçãèá ïîëó÷àåòñÿ ïðè èñïîëü-
çîâàíèè ìàñêè ñ äèàìåòðàìè îòâåðñòèé 10/12 ìì.
Ïîìèìî ìåäíûõ àíîäîâ ñòàíäàðòíîãî ðàçìåðà
(ïëîùàäü àíîäà â äâà ðàçà áîëüøå ïëîùàäè êàòîäà),
èñïîëüçîâàëè ïëîñêèå (D=10 ìì) è êîíóñîîáðàçíûå
(D=8 ìì) àíîäû.  ñëó÷àå Vϕ=0 ïðè èñïîëüçîâàíèè
ñòàíäàðòíîé çàùèòíîé ìàñêè âûñîòîé 10 ìì ïîëó÷à-
ëè ∆hñð=13 ìêì.  äàííîì ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèå êî-
íóñîîáðàçíûõ ìàñîê è êàòîäíîãî âðàùåíèÿ íå ïðè-
âîäèëî ê çíà÷èòåëüíûì èçìåíåíèÿì.
Äëÿ óìåíüøåíèÿ èçãèáà ïîâåðõíîñòè èñïîëüçîâàëè
àñèììåòðè÷íûé ïåðåìåííûé òîê ñ ðàçíûìè àìïëèòó-
Vϕ=2,5 îá/ìèí Vϕ=10 îá/ìèí Äèàìåòð
îòâåðñòèé
ìàñêè
(dmin/dmax)
∆hñp, ìêì ∆lñp, ìêì αñp, íì/ìì
Ôîðìà
ïîâåðõíîñòè ìåäè
∆hñp, ìêì ∆lñp, ìêì αñp, íì/ìì
Ôîðìà
ïîâåðõíîñòè ìåäè
9/12 10,5 115 132 12 149 126
10/12 3,7 45,5 110
âûïóêëàÿ
5 89 84
11/12 7,4 9,4 192 10,7 75 210
12/12 4,1 46 232
âîãíóòàÿ
5,9 39,5 195
âûïóêëàÿ
Òàáëèöà 1
Õàðàêòåðèñòèêè ìåäíûõ ýëåêòðîäîâ äèàìåòðîì 12 ìì, îñàæäåííûõ ñ êîíóñîîáðàçíûìè ìàñêàìè
ïðè âðàùåíèè êàòîäà
á) Ag/Cu-ýëåêòðîä
à) Ag/Cu-ýëåêòðîä
l2
l1
l2
l1
Ðèñ. 4. Âîãíóòàÿ (à) è âûïóêëàÿ (á) ïîâåðõíîñòü ìåäè
ýëåêòðîäà Ag/Cu, îñàæäåííîãî ñ êîíè÷åñêîé ìàñêîé ïðè
âðàùåíèè êàòîäà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
40
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
äàìè ïðÿìîãî è îáðàòíîãî òîêîâ. Ñîãëàñíî [13], 80�
90% àñèììåòðè÷íîãî ïåðåìåííîãî òîêà èäåò íà âû-
ðàùèâàíèå ñëîÿ Cu, à îñòàëüíîé òîê èñïîëüçóåòñÿ äëÿ
àíîäíîãî ðàñòâîðåíèÿ ïîâåðõíîñòè, ò. å. èäåò íà ñãëà-
æèâàíèå. Â íàñòîÿùåé ðàáîòå äëÿ äîïîëíèòåëüíîãî
êàòîäà èñïîëüçîâàëñÿ àñèììåòðè÷íûé ïåðåìåííûé òîê
ñ àìïëèòóäîé 0,35�1,15 ìÀ è àñèììåòðèåé 40�90%
íà ÷àñòîòå 20, 30, 50 Ãö. Ïðè Vϕ=0 ïîëó÷àëè âîãíó-
òóþ ïîâåðõíîñòü Cu ýëåêòðîäà ñ ∆lñð=36 ìêì è α=
=132 íì/ìì.
Äëÿ îñàæäåíèÿ òîëñòûõ ñëîåâ Cu èñïîëüçîâàëè àñèì-
ìåòðè÷íûé ïåðåìåííûé òîê ñ àìïëèòóäîé 30�35 ìÀ è
çàùèòíóþ ìàñêó âûñîòîé 5 ìì è äèàìåòðîì îòâåð-
ñòèÿ 12 ìì.  ýòîì ñëó÷àå ïîëó÷åíà ðàâíîìåðíàÿ ïî-
âåðõíîñòü Cu ñ ∆lñð=8,4 ìêì, à çíà÷åíèå ïðèâåäåííî-
ãî èçãèáà ñîñòàâëÿëî 158 íì/ìì ïðè Vϕ=10 îá/ìèí.
Êàê èçâåñòíî, óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû ýëåêòðî-
ëèòà óñêîðÿåò ïðîöåññ îñàæäåíèÿ òîëñòîãî ìåäíîãî
ñëîÿ, ò. ê. âûçûâàåò çíà÷èòåëüíûå èçìåíåíèÿ óñëî-
âèé ýëåêòðîëèçà: óâåëè÷åíèå ðàñòâîðèìîñòè ñîëåé è
ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ýëåêòðîëèòà, óìåíüøåíèå ïàñ-
ñèâíîñòè àíîäà, óëó÷øåíèå óñëîâèé äèôôóçèè èîíîâ
è óìåíüøåíèå âíóòðåííåãî íàïðÿæåíèÿ îñàæäåííîãî
ñëîÿ. Êðîìå òîãî, ýòîò ñëîé ñòàíîâèòñÿ áîëåå ïëàñ-
òè÷íûì, ÷òî ñïîñîáñòâóåò ëó÷øåìó ñîõðàíåíèþ çíà-
êà èçãèáà è ôîðìû ýëåêòðîäîâ ïîñëå ðàñùåïëåíèÿ
ñýíäâè÷à. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ïðè âûñîêîé òåìïåðà-
òóðå îáðàçóþòñÿ îñàäêè êðóïíîêðèñòàëëè÷åñêîé
ñòðóêòóðû, ò. ê. êàòîäíàÿ ïîëÿðèçàöèÿ óìåíüøàåòñÿ.
Ýòî ìîæåò áûòü ñêîìïåíñèðîâàíî óâåëè÷åíèåì ïëîò-
íîñòè òîêà è ïåðåìåøèâàíèåì ýëåêòðîëèòà [14, 15].
Äëÿ èññëåäîâàíèÿ çàâèñèìîñòè èçãèáà ýëåêòðîäà
äèàìåòðîì 12 ìì îò òåìïåðàòóðû ìåäü îñàæäàëè ñ
êîíóñîîáðàçíîé çàùèòíîé ìàñêîé âûñîòîé 10 ìì è
äèàìåòðîì îòâåðñòèÿ 10/12 ìì. Ñêîðîñòü âðàùåíèÿ
êàòîäà ñîñòàâëÿëà Vϕ=10 îá/ìèí, à ïëîòíîñòü òîêà
i=25�30 ìÀ/ñì2. Ïðè ïîâûøåííîé òåìïåðàòóðå (40�
45°Ñ) ñýíäâè÷è ðàñùåïëÿþòñÿ â ïðîöåññå ýëåêòðî-
ëèçà, è ïîýòîìó ýêñïåðèìåíòû ïðîâîäèëè â îãðàíè-
÷åííîì òåìïåðàòóðíîì äèàïàçîíå 23,5�35°Ñ.
Íà ðèñ. 5 âèäíî, ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè òåìïåðàòóðû
ýëåêòðîëèòà êðèâèçíà ýëåêòðîäà óìåíüøàåòñÿ ïðèìåð-
íî â òðè ðàçà. Íà ðèñ. 2 ïîêàçàíû èíòåðôåðîãðàììû
ýëåêòðîäîâ Si/Ti è Ag/Cu ïîñëå âñêðûòèÿ ñýíäâè÷à,
ïîëó÷åííîãî ïðè òåìïåðàòóðå 35°Ñ.
Íà ñëåäóþùåé ñòàäèè ýêñïåðèìåíòà äèàìåòð ýëåê-
òðîäà Cu óìåíüøàëè äî 3 ìì. Ñëîé ìåäè òîëùèíîé
îò 700 äî 2300 ìêì îñàæäàëè ïðè âðàùåíèè êàòîäà
ñî ñêîðîñòüþ 2,5 è 10 îá/ìèí ïðè ïëîòíîñòè òîêà 15�
20 ìÀ/ñì2. Èñïîëüçîâàëè ðåæèì êàê ïîñòîÿííîãî
(ÏÒ), òàê è àñèììåòðè÷íîãî ïåðåìåííîãî òîêà (ÀÏÒ).
Èç ïîëó÷åííûõ äàííûõ (òàáë. 2) âèäíî, ÷òî ïðè ôîð-
ìèðîâàíèè ìåòàëëè÷åñêîãî ýëåêòðîäà Ag/Cu äèàìåò-
ðîì 3 ìì íàèëó÷øèé ðåçóëüòàò, ò. å. íàèìåíüøåå çíà-
÷åíèå α (αñð=40 íì/ìì), ïîëó÷àåòñÿ ïðè àñèììåò-
ðè÷íîì ïåðåìåííîì òîêå è ñêîðîñòè âðàùåíèÿ êàòî-
äà 10 îá/ìèí.
Áûë òàêæå âûðàùåí ìåäíûé ýëåêòðîä äèàìåòðîì
3 ìì òîëùèíîé îêîëî 4000 ìêì.  ýòîì ñëó÷àå ïëîò-
íîñòü àñèììåòðè÷íîãî ïåðåìåííîãî òîêà óâåëè÷èëè äî
i=30�40 ìÀ/ñì2 è îñàæäàëè ìåäü ïðè Vϕ=2,5 îá/ìèí
ñ çàùèòíîé ìàñêîé âûñîòîé 5 ìì. Èññëåäîâàíèÿ áûëè
ïðîâåäåíû ïðè êðàéíèõ çíà÷åíèÿõ òåìïåðàòóðíîãî
äèàïàçîíà ýëåêòðîëèòà � 23,5 è 35°Ñ. Ïîëó÷åííûå
ðåçóëüòàòû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ñ óâåëè÷åíè-
åì òåìïåðàòóðû ýëåêòðîëèòà ïðèâåäåííûé èçãèá ýëåê-
òðîäà âîçðàñòàåò (ïðè 23,5°Ñ αñð ìåíÿåòñÿ îò çíà÷å-
íèÿ ìåíåå 2,5 äî 17,9 íì/ìì, ïðè 35°Ñ � îò 3,2 äî
105,4 íì/ìì). Ýòî ìîæíî îáúÿñíèòü ñòðóêòóðíûìè
ðàçëè÷èÿìè â îñàæäåííûõ ñëîÿõ ìåäè. Ôàêòè÷åñêè,
âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà è âûñîêàÿ ïëîòíîñòü òîêà ñïî-
ñîáñòâóþò óìåíüøåíèþ âðåìåíè ðîñòà cëîÿ Cu òîë-
ùèíîé äî 4000 ìêì. Èç-çà âûñîêîé ñêîðîñòè ðîñòà
ìåäíûå ñëîè áûëè ïëîõîãî êà÷åñòâà � ëîìêèå è ïî-
ðèñòûå, èíîãäà ñ äåíäðèòàìè, ÷òî îêàçûâàëî âëèÿíèå
íà èçãèá ýëåêòðîäà Ag/Cu.
Èç ëèòåðàòóðû èçâåñòíî [16], ÷òî ïðè óâåëè÷åíèè
òîëùèíû îñàæäåííîãî ñëîÿ ðàçìåð ñîñòàâëÿþùèõ åãî
çåðåí ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàåòñÿ è çàòåì ñòàáèëèçè-
ðóåòñÿ ïðè îïðåäåëåííîé òîëùèíå. Ýòî, â ñâîþ î÷å-
ðåäü, óìåíüøàåò âåëè÷èíó âíóòðåííåãî íàïðÿæåíèÿ
Vϕ=2,5 îá/ìèí Vϕ=10 îá/ìèí
Õàðàêòåð òîêà
∆hñp, ìêì ∆lñp, ìêì αñp, íì/ìì
Ôîðìà
ïîâåðõíîñòè ìåäè
∆hñp, ìêì ∆lñp, ìêì αñp, íì/ìì
Ôîðìà
ïîâåðõíîñòè ìåäè
Ïîñòîÿííûé � � � � 3 6,7 74
Àñèììåòðè÷íûé
ïåðåìåííûé
18,5 13,9 53 âîãíóòàÿ 11 7,3 40
âûïóêëàÿ
Òàáëèöà 2
Õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîäà Ag/Cè äèàìåòðîì 3 ìì, îñàæäåííîãî ïðè ïîñòîÿííîì è ïåðåìåííîì òîêå
α,
íì/ìì
120
80
40
22 26 30 34 t, °Ñ
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòü ïðèâåäåííîãî èçãèáà ýëåêòðîäà Ag/Cu
äèàìåòðîì 12 ìì îò òåìïåðàòóðû ýëåêòðîëèòà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
41
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
ñëîÿ îñàäêà äî íåêîòîðîãî ïîñòîÿííîãî çíà÷åíèÿ. Êðî-
ìå òîãî, ïðè äàëüíåéøèì óâåëè÷åíèè òîëùèíû âíóò-
ðåííèå íàïðÿæåíèÿ â ìåäíîì ñëîå ïîñòåïåííî óìåíü-
øàþòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ðåæèìà ýëåêòðîëèçà [17].
Äëÿ ïîëó÷åíèÿ òîëñòîãî ñëîÿ ìåäè ýëåêòðîäà äèà-
ìåòðîì 3 ìì, îñàæäåííîãî ïðè 23,5°Ñ, áûëà âûáðà-
íà ìàêñèìàëüíàÿ ïëîòíîñòü òîêà i=30�40 ìÀ/ñì2.
Ýòî äàâàëî âîçìîæíîñòü óìåíüøèòü èçãèá äî 2,5 íì/ìì,
à â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ïîëó÷èòü îáðàçöû áåç èçãèáà
(αñð<2,5 íì/ìì), ò. å. ìàêñèìàëüíî êîíôîðìíûå ýëåê-
òðîäû.
Èñõîäíûå êðåìíèåâûå ïîäëîæêè îáðàáàòûâàþò-
ñÿ ìåõàíè÷åñêîé ïîëèðîâêîé, ïîýòîìó èìåþò, â îñ-
íîâíîì, âûïóêëóþ ôîðìó. Â ïðîöåññå ðîñòà ñëîÿ
ìåäè êðåìíèåâàÿ ïëàñòèíà äåôîðìèðóåòñÿ â òîì èëè
èíîì íàïðàâëåíèè ïî îòíîøåíèþ ê èñõîäíîìó èç-
ãèáó. Ïîñëå ðàñùåïëåíèÿ ñýíäâè÷à Si-ïëàñòèíà âîñ-
ñòàíàâëèâàåò ñâîé ïåðâîíà÷àëüíûé èçãèá, à ìåòàë-
ëè÷åñêèé ýëåêòðîä Ag/Cu ìîæåò áûòü êàê âîãíóòûì
(ðèñ. 6, à), òàê è âûïóêëûì (ðèñ. 6, á). Ñëåäîâàòåëü-
íî, îñíîâíûì óñëîâèåì îáåñïå÷åíèÿ êîíôîðìíîñòè
ïîâåðõíîñòè äâóõ ýëåêòðîäîâ Si/Ti è Ag/Cu ÿâëÿåòñÿ
ïîëó÷åíèå âîãíóòîé ñî ñòîðîíû Ag ïîâåðõíîñòè Ag/Cu-
ýëåêòðîäà.
Ôîðìà ïîâåðõíîñòè òàêîãî ýëåêòðîäà çàâèñèò îò
òîëùèíû êðåìíèåâîé ïëàñòèíû è òåìïåðàòóðû ýëåêò-
ðîëèòà. Ïðè îñàæäåíèè ìåäè íà ïëàñòèíû òîëùèíîé
1 ìì äîëÿ ýëåêòðîäîâ ñ âîãíóòîé ïîâåðõíîñòüþ ñî-
ñòàâëÿëà 22%, à íà ïëàñòèíû òîëùèíîé 2 ìì � äî
59%, ò. å. óâåëè÷åíèå òîëùèíû Si-ïëàñòèíû óâåëè÷è-
âàåò äîëþ âîãíóòûõ ïîâåðõíîñòåé ïðèìåðíî â 2,7 ðàç.
Ñîîòíîøåíèå âîãíóòûõ è âûïóêëûõ ïîâåðõíî-
ñòåé ýëåêòðîäà Ag/Cu äèàìåòðîì 12 è 3 ìì, îñàæäåí-
íîãî íà êðåìíèåâîé ïëàñòèíå òîëùèíîé 2 ìì, ïðèâå-
äåíû â òàáë. 3. Âèäíî, ÷òî íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû äëÿ
ýëåêòðîäà Ag/Cu äèàìåòðîì 12 ìì áûëè ïîëó÷åíû
ïðè òåìïåðàòóðå ýëåêòðîëèòà 35°C, à äëÿ ýëåêòðîäà
äèàìåòðîì 3 ìì � ïðè òåìïåðàòóðå 23,5°Ñ.
Ïëîùàäü êîíòàêòà ïîâåðõíîñòåé êîíôîðìíûõ
ýëåêòðîäîâ, ïîâòîðÿþùèõ äðóã äðóãà (ò. å. ïîâåðõ-
íîñòü Si/Ti âûïóêëàÿ, à ïîâåðõíîñòü Ag/Cu ñî ñòîðî-
íû Ag � âîãíóòàÿ), áûëà ðàññ÷èòàíà ïî ïðîñòûì ïðà-
âèëàì ãåîìåòðèè [10, 18]. Äëÿ ýòîãî ðàññìàòðèâàëè
ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ñýíäâè÷à â ïëîñêîñòè, ïåðïåí-
äèêóëÿðíîé åãî ïîâåðõíîñòè è ïåðåñåêàþùåé åãî
öåíòð (ðèñ. 7). Îáëàñòü, ãäå ðàññòîÿíèå ìåæäó ýëåê-
òðîäàìè íå ïðåâûøàåò 50 Å, ìîæíî îïðåäåëèòü êàê
ïîâåðõíîñòíûé êîíòàêò. Ïëîùàäü êîíòàêòà � ýòî ïëî-
ùàäü êîëüöà, âíåøíèé ðàäèóñ êîòîðîãî ðàâåí ðàäèó-
ñó îáðàçöà ÎÑ, à âíóòðåííèé ðàâåí OF. Çàìåíèâ äóãè
ÀÑ è ÂÑ ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ íà ïðÿìûå ëèíèè,
íàõîäèì, ÷òî ïëîùàäü êîíòàêòà âûðàæàåòñÿ ôîðìó-
ëîé
S=πr2(δ/H)(2�δ/H).
Çäåñü Í � ðàçíèöà ìàêñèìàëüíûõ èçãèáîâ ïî-
âåðõíîñòåé, Í=ÀÂ; δ � ðàññòîÿíèå ìåæäó ýëåêòðî-
äàìè, δ=DE.
Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ ïëîùàäè êîíòàêòà ïîâåðõ-
íîñòåé ýëåêòðîäîâ Si/Ti è Ag/Cu äëÿ íåêîòîðûõ îá-
ðàçöîâ äèàìåòðîì 3 ìì ïðèâåäåíû â òàáë. 4. Äëÿ
âû÷èñëåíèé èñïîëüçîâàëè çíà÷åíèå δ=5 íì, à Í
îïðåäåëÿëè èç âûðàæåíèÿ H=nλ (n � ÷èñëî êîëåö â
èíòåðôåðîãðàììå, λ=3164 Å).
à) Ag/Cu-ýëåêòðîä
Âàêóóìíûé íàíîçàçîð Si/Ti-ýëåêòðîä
á) Ag/Cu-ýëåêòðîä
Si/Ti-ýëåêòðîä
Ðèñ. 6. Ñýíäâè÷ ïîñëå âñêðûòèÿ:
à � ýëåêòðîä Si/Ti âûïóêëûé, ýëåêòðîä Ag/Cu ñî ñòîðîíû Ag âîã-
íóòûé; á � îáà ýëåêòðîäà âûïóêëûå
Äèàìåòð
ýëåêòðîäà, ìì
12 3
t, °Ñ 23,5 26 30 33 35 23,5 35
Äîëÿ âîãíóòûõ
ïîâåðõíîñòåé, %
54 24 26 80 82 100 85,7
Tàáëèöà 3
Äîëÿ âîãíóòûõ ïîâåðõíîñòåé â îáùåì êîëè÷åñòâå
ýëåêòðîäîâ Ag/Cu äèàìåòðîì 12 è 3 ìì, ïîëó÷åííûõ
ïðè ðàçëè÷íîé òåìïåðàòóðå ýëåêòðîëèòà
Â
À
Î
D
E
F C
Ðèñ. 7. Ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ñýíäâè÷à:
AEC � ïîâåðõíîñòü ýëåêòðîäà Si/Ti; BDC � ïîâåðõíîñòü ýëåêò-
ðîäà Ag/Cu
t=23,5°Ñ t=35°Ñ
Îáùèé
èçãèá
Ïëîùàäü
êîíòàêòà, ìì2
Îáùèé
èçãèá
Ïëîùàäü
êîíòàêòà, ìì2
<0,025
<0,025
0,17
0,04
<0,025
0,025
6�7
6�7
1,22
4,42
6�7
6,05
1
0,07
0,04
0,08
0,33
0,03
0,2
2,8
4,42
2,48
0,65
5,4
Tàáëèöà 4
Ïëîùàäü êîíòàêòà ïîâåðõíîñòåé ýëåêòðîäîâ Si/Ti
è Ag/Cu äèàìåòðîì 3 ìì, îñàæäåííûõ ïðè ðàçíîé
òåìïåðàòóðå ýëåêòðîëèòà
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2009, ¹ 2
42
ÒÅÕÍÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÅ ÏÐÎÖÅÑÑÛ È ÎÁÎÐÓÄÎÂÀÍÈÅ
Íàèëó÷øèå ðåçóëüòàòû � ó ýëåêòðîäîâ Si/Ti è
Ag/Cu, ïîëó÷åííûõ â ïðîöåññå îñàæäåíèÿ ìåäè ïðè
òåìïåðàòóðå ýëåêòðîëèòà t=23,5°Ñ, ïðè÷åì äëÿ òðåõ
îáðàçöîâ âñÿ ïëîùàäü ýëåêòðîäîâ ÿâëÿåòñÿ ïëîùà-
äüþ êîíòàêòà. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî âàêóóìíûé íàíîçà-
çîð èìååò øèðèíó ìåíåå 5 íì ïî âñåé ïëîùàäè ýëåê-
òðîäîâ.
Âûâîäû
Òàêèì îáðàçîì, èñïîëüçîâàíèå çàùèòíûõ ìàñîê
â ïðîöåññå îáû÷íîãî ýëåêòðîîñàæäåíèÿ òîëñòîãî ñëîÿ
ìåäè íà ýëåêòðîä óìåíüøèëî ðàçíèöó â òîëùèíå ìåäè
ïî êðàÿì ýëåêòðîäà. Êàòîäíîå âðàùåíèå ïîçâîëèëî
ïîëó÷èòü öåíòðàëüíî-ñèììåòðè÷íûé èçãèá ýëåêòðî-
äà, à òàêæå èçìåíèòü çíàê èçãèáà â íóæíîì íàïðàâ-
ëåíèè. Óâåëè÷åíèå òîëùèíû êðåìíèåâîé ïëàñòèíû
ïîçâîëèëî óìåíüøèòü ïðèâåäåíûé èçãèá ìåäíîãî
ýëåêòðîäà è óâåëè÷èòü äîëþ âîãíóòûõ ýëåêòðîäîâ â
îáùåì êîëè÷åñòâå ïîëó÷åííûõ íà 37%.  òî æå âðå-
ìÿ, ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû ýëåêòðîëèòà ïðèâå-
äåííûé èçãèá óìåíüøàåòñÿ, à êîëè÷åñòâî ýëåêòðîäîâ
ñ âîãíóòîé ïîâåðõíîñòüþ óâåëè÷èâàåòñÿ íà 28%.
Óìåíüøàÿ äèàìåòð ýëåêòðîäà Ag/Cu äî 3 ìì è
èñïîëüçóÿ àñèììåòðè÷íûé ïåðåìåííûé òîê, ïðèâå-
äåííûé èçãèá ìåòàëëè÷åñêîãî ýëåêòðîäà ìîæíî
óìåíüøèòü äî 2,5 íì/ìì. Ïðè òåìïåðàòóðå ýëåêòðî-
ëèòà 23,5°Ñ âñå ïîâåðõíîñòè ïîëó÷åííûõ îáðàçöîâ
áûëè âîãíóòûå, ïðè÷åì, áûëè ïîëó÷åíû îáðàçöû è
áåç ÿâíûõ ïðèçíàêîâ èçãèáà. Ðàñ÷åò ïëîùàäè êîíòàê-
òà ïîâåðõíîñòåé íà îñíîâå ýêñïåðèìåíòàëüíûõ çíà-
÷åíèé èçãèáà ïîêàçàë, ÷òî íàíîçàçîð ìåæäó ýëåêòðî-
äàìè íå ïðåâûøàåò 5 íì ïî âñåé ïîâåðõíîñòè ýëåêò-
ðîäîâ äèàìåòðîì 3 ìì.
Êîíôîðìíûå ïîâåðõíîñòè, ïîëó÷åííûå ýëåêòðî-
îñàæäåíèåì, ìîæíî èñïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå ýëåêò-
ðîäîâ â òåðìîòóííåëüíûõ õîëîäèëüíèêàõ ñ âàêóóì-
íûì íàíîçàçîðîì è â ãåíåðàòîðàõ ìîùíîñòè.
ÈÑÏÎËÜÇÎÂÀÍÍÛÅ ÈÑÒÎ×ÍÈÊÈ
1. Korotkov A. N., Samuelsen M. R., Vasenko S. A. Effects of
overheating in a single-electron transistor // J. Appl. Phys.� 1994.�
Vol. 76 (6).� Ð. 3623�3631.
2. Tavkhelidze A., Skhiladze G., Bibilashvili A. et al. Electron
tunneling through large area vacuum gap � preliminary results //
Proc. XXI International Conf. on Thermoelectric.� 2002.�
IEEE.� New York.� Ð. 435�438.
3. Hishinuma Y., Geballe T. H., Moyzhes B. Y., Kenny T. W.
Refrigeration by combined tunneling and thermionic emission in
vacuum: Use of nanometer scale design. // Appl. Phys Lett.� 2001.�
Vol. 78.� Ð. 2572.
4. Zeng T. Thermionic-tunneling multilayer nanostructures for
power generation // Appl. Phys. Lett.�2006.� Vol. 88.� P. 153104.
5. Zhang Xin, Zhang Dian-Lin. Tunnelling cooling by a normal�
vacuum�superconductor junction // Chinese Phys.�2007.� Vol. 16.�
Ð. 2656�2660.
6. Tavkhelidze A., Svanidze V., Tsakadze L. Thermotunnel refri-
gerator with vacuum/insulator tunnel barrier: A theoretical analysis //
J. Vac. Sci. Technol. A.� 2008.� Vol. 26(1).� P. 5�7.
7. Hishinuma I., Geballe T. H., Moyzhes B. I., Kenny T. W.
Measurements of cooling by room-temperature thermionic emission
across a nanometer gap // Appl. Phys. Lett.� 2003.� Vol. 94,
N 7.� P. 4690.
8. Äæàíãèäçå Ë. Á., Òàâõåëèäçå À. Í., Òåòðàäçå Ì. Î., Äåâèäçå
Ò. Í. Èññëåäîâàíèå ïðîöåññà ýëåêòðîëèòè÷åñêîãî îñàæäåíèÿ òîë-
ñòîãî ñëîÿ ìåäè ïðè ïîëó÷åíèè êîíôîðìíûõ ïîâåðõíîñòåé â
ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ // Ìèêðîýëåêòðîíèêà.� 2007.�
Ò. 36, ¹ 2.� Ñ. 136�140.
9. Òàëèàøâèëè Ç. È., Âàðäîñàíèäçå Ë. Ð., Äæàíãèäçå Ë. Á.,
Òàâõåëèäçå À. Í. Ðåãóëèðîâàíèå àäãåçèîííîé ïðî÷íîñòè òîíêèõ
ìåòàëëè÷åñêèõ ïëåíîê â ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ // Ìèêðîýëåê-
òðîíèêà.� 2007.� Ò. 36, ¹ 5.� Ñ. 359�367.
10. Ôðèø Ñ. Ý. Îïòè÷åñêèå ìåòîäû èçìåðåíèÿ. ×. 2. Ëó÷åâàÿ
îïòèêà è ãðàíèöû åãî ïðèìåíåíèÿ.� Ë.: ËÃÓ, 1980.
11. Ëàéíåð Â. È. Çàùèòíûå ïîêðûòèÿ ìåòàëëîâ.� Ì.: Ìåòàë-
ëóðãèÿ, 1974.
12. Âàãðàíÿí À. Ò., Ïåòðîâà Þ. Ñ. Ôèçèêî-ìåõàíè÷åñêèå ñâîé-
ñòâà ýëåêòðîëèòè÷åñêèõ îñàäêîâ.� Ì.: Èçä-âî ÀÍ ÑÑÑÐ, 1960.
13. Äàñîÿí Ì. À., Ïàëüìñêàÿ È. ß., Ñàõàðîâà Å. Â. Òåõíîëî-
ãèÿ ýëåêòðîõèìè÷åñêèõ ïîêðûòèé.� Ë.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1989.
14. Âàéíåð ß. Â., Äîñîÿí Ì. À. Òåõíîëîãèÿ ýëåêòðîõèìè÷å-
ñêèõ ïîêðûòèé.� Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1972.
15. Ãèíäëèí Â. Ê. Ãàëüâàíîòåõíèêà â ïîëèãðàôèè.� Ì.: Èçä-
âî «Êíèãà», 1965.
16. Ïîâåòêèí Â. Â., Êîâåíñêèé È. Ì. Ñòðóêòóðà ýëåêòðîëèòè-
÷åñêèõ ïîêðûòèé.� Ì.: Ìåòàëëóðãèÿ, 1989.
17. Ïîïåðåêà Ì. ß. Âíóòðåííèå íàïðÿæåíèÿ ýëåòðîëèòè÷å-
ñêè îñàæäåííûõ ìåòàëëîâ.� Íîâîñèáèðñê: Çàï.-Ñèá. êí. èçäàò.,
1966.
18. Ëàíäñáåðã Ã. Ñ. Îïòèêà.� Ì.: Íàóêà, 1967.
ÍÎÂÛÅ ÊÍÈÃÈ
Í
Î
Â
Û
Å
Ê
Í
È
Ã
È
Ïåòðîâ Á. Ì. Ïðèêëàäíàÿ ýëåêòðîäèíàìèêà âðàùàþùèõñÿ òåë. Ó÷åáíîå ïîñîáèå
äëÿ âóçîâ.� Ì.: Ãîðÿ÷àÿ ëèíèÿ � Òåëåêîì, 2009.� 288 ñ.
Ñôîðìóëèðîâàíà êîâàðèàíòíàÿ ôîðìà óðàâíåíèé Ìàêñâåëëà äëÿ îáúåêòîâ, âîç-
áóæäàåìûõ ýëåêòðè÷åñêèìè è ìàãíèòíûìè òîêàìè. Äàíû îòîæäåñòâëåíèÿ òåíçîð-
íûõ îáúåêòîâ è êîìïîíåíò áèâåêòîðîâ è âåêòîðíûõ ïëîòíîñòåé îáúåêòîâ ýëåêòðî-
ìàãíèòíîãî ïîëÿ. Ïîëó÷åíû ìàòåðèàëüíûå óðàâíåíèÿ, óñòàíîâëåíû ôîðìóëû ïåðå-
õîäà îò îáúåêòîâ âðàùàþùåéñÿ ñèñòåìû îòñ÷åòà (ÑÎ) ê îáúåêòàì èíåðöèàëüíîé ÑÎ
è îáðàòíî. Äëÿ êîìïîíåíò âåêòîðíûõ ïîòåíöèàëîâ ïîëó÷åíû ñèñòåìû óðàâíåíèé âî
âðàùàþùåéñÿ ÑÎ, èãðàþùèå ðîëü âîëíîâûõ, íàéäåíû èõ îáùèå ðåøåíèÿ; ïîñëåä-
íèå èñïîëüçîâàíû äëÿ ðåøåíèÿ ïðèêëàäíûõ ýëåêòðîäèíàìè÷åñêèõ çàäà÷. Ïðîàíà-
ëèçèðîâàíû è ðàññ÷èòàíû õàðàêòåðèñòèêè íàïðàâëåííîñòè è ÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñ-
òèêè èçëó÷àòåëåé è îòðàæàòåëåé. Îáíàðóæåíû ýôôåêòû ðàñøèðåíèÿ ïîëîñû ÷àñòîò
è èçìåíåíèÿ íàïðàâëåííûõ ñâîéñòâ èçëó÷àòåëåé. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ è
ýêñïåðèìåíòà.
Äëÿ ñòóäåíòîâ ðàäèîòåõíè÷åñêèõ è ðàäèîôèçè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé, âûïîëíÿþ-
ùèõ àòòåñòàöèîííûå (äèïëîìíûå, äèññåðòàöèîííûå) ðàáîòû, íàó÷íûõ ðàáîòíèêîâ
ðàäèîòåõíè÷åñêèõ è ðàäèîôèçè÷åñêèõ ñïåöèàëüíîñòåé.
|