Влияние неоднородности фазового состава диэлектрической подложки на процесс лазерного осаждения меди из раствора

• Автор: Тумкин, Илья Игоревич
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Краткие сведения о методе ЛОМР (реакция, преимущества, перспективы)
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Роль процесса активации диэлектрической поверхности при формировании металлических структур из растворов для ЛОМР
1.2. Механизмы активации диэлектрических поверхностей
1.2.1. Активация путем воздействия на подложку лазерным излучением
1.2.2. Механическая активация поверхности диэлектрика
1.2.3. Химическая активация поверхности методом предосаждения металлического катализатора.
1.3. Влияние поверхностных дефектов
1.3.1. Модель жестких зон
1.3.2. Поверхностные центры в гетерогенном катализе
1.4. Влияние компонентного состава раствора на формирование металлических структур на поверхности диэлектрика
1.5. Механизмы образования кристаллических фаз в процессе для ЛОМР
1.6. Теория объемной и поверхностной кристаллизации
1.7. Описание процессов и реакций, происходящих в зонах высоких и средних температур
Глава 2. Методы экспериментальных исследований
2.1. Схема экспериментальной установки для лазерного осаждения
2.2. Проведение эксперимента методом лазерно-индуцированного осаждения металла из раствора
2.3. Оптическая микроскопия
2.4. Электронная микроскопия и элементный анализ
2.5. Профили (атомно-силовая микроскопия)
2.6. Импедансная спектроскопия
2.7. Рентгенофазовый анализ
2.8. Методики приготовления составов растворов и подготовки диэлектрических поверхностей
2.9. Используемые диэлектрические подложки и их свойства
2.10. Составы используемых водных растворов
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований
3.1. Некоторые необходимые пояснения
3.2. Картина термических зон осаждения
3.3. Экспериментальная проверка модели температурных зон
3.3.1. Изучение процессов осаждения в высокотемпературной зоне
3.3.2. Изучение процессов осаждения в зоне средних температур
3.3.3. Изучение возможности проведения реакции лазерно-индуцированного осаждения меди в гелеобразных средах
3.4. Процессы в низкотемпературной зоне
3.4.1. Изучение влияния материала подложки на результаты процесса ЛОМР в различных восстановителях
• Диэлектрическая поверхность стекла на основе диоксида кремния
• Поверхность поликристаллического оксида алюминия (Поликор ВК-100)
• Стеклокерамическая поверхность (Ситалл СТ-50-1)
3.4.2. Влияние традиционных способов активации диэлектрической поверхности на процесс ЛОМР.
• Исследование механической активации
• Исследование химической активации и сенсибилизации
• Химическая активация (AgN03)
3.5. Влияние неоднородностей фазового состава на результат лазерно-индуцированного осаждения меди
3.6. Пример более сложных композитных подложек
Глава 4. Общие закономерности изменения топологии и электрических свойств медных структур в зависимости от свойств используемых диэлектрических поверхностей
ВЫВОДЫ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Краткие сведения о методе ЛОМР (реакция, преимущества, перспективы)
Интерес к методу лазерно-индуцированного осаждения металла из раствора (ЛОМР) вызван перспективой его применения в микроэлектронике и технике благодаря возможности создавать различные металлические структуры на поверхности диэлектриков без фотошаблона. Сканирование сфокусированным лазерным лучом поверхности диэлектрика, помещенного в специальный раствор, позволяет локализовано инициировать химическую реакцию восстановления металлической меди в соответствии с уравнением (1) [1].
СиЬ(и~2)_ + 2НСНО + 40ЬГ -> Си0 + 1Г + Н2 + 2НСОСГ +2Н20 (1)
где Ь - органический комплексообразователь (обычно тартрат натрия-калия или соли этилендиаминтетрауксусной кислоты), НСНО - формальдегид (восстановитель, который вводится в 6-7.5 кратном избытке). В качестве соли меди чаще всего используется сульфат или хлорид [2].
Излучение лазера активирует поверхность диэлектрика [3] и ускоряет реакцию металлизации в облученной области за счет увеличения температуры в локальном объеме, находящемся в фокусе лазерного луча [4-7]. Высокая интенсивность сфокусированного излучения, особенно при использовании импульсных лазеров, создаёт локально неравновесные состояния с большими температурными и концентрационными градиентами.
Спецификой лазерно-индуцированного осаждения является:
1. Точечная локализация реакции в небольшом объеме раствора, незначительно превышающем размеры фокуса лазерного луча (5 мкм).
2. Высокая температура в зоне локализации, значительно превышающая обычно используемый для осаждения температурный интервал (до 100 °С).
3. Высокий температурный градиент между зоной реакции и объемом раствора, более 3106 град/м.
4. Наличие в зоне реакции излучения с высокой плотностью потока энергии порядка 105 Вт/см2.
5. Протекание в зоне фокусировки лазерного луча побочных химических реакций, в которых участвуют компоненты автокаталитического раствора.
Как следствие этого для большинства известных автокаталитических растворов результат лазерно-индуцированного осаждения существенно отличается от результатов процесса обычного химического меднения. Причины и механизм этих отличий до настоящего

j ° о о г.

°o0o0o0o°oo0 °о° о° о° о° о о

Substrate
О О ° О о

Substrate

°o0o0o0o°oo0 °о °о °о °о °о о °
о”—о --—о-_— о„с>о„с>оо

Substrate
Substrate
Substrate
(a) Lower metal concentration (b) Higher metal concentration
Рис. 3. Схематическое представление процессов зарождения меди на различных этапах, где (а) менее и (Ь) более высокая концентрация атомов меди.
Таким образом, при низкоконцентрационном механизме получается поверхность с высокой степенью заселенности малоразмерными ядрами кристаллизации, в случае высоконцентрационного - с низкой степенью заселенности крупными ядрами кристаллизации.
Уменьшение ядерной плотности в результате увеличения концентрации было также предсказано в работе [63]. На основании данной работы может быть рассчитана плотность ядер для различных концентраций меди в растворе, которая описывается, как функция пикового тока от времени.
Данные по расчету плотности ядер в зависимости от концентрации приведены в таблице № 1. Показано, что с увеличением концентрации меди, уменьшается плотность ядер.