Разработка основ лазерно- и магнитостимулированной технологии электроосаждения Ni/Bi2Te3 контактов термоэлементов Пельтье

• Автор: Веприков, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Аналитический обзор

1.1 Современное состояние проблемы

1.2 Совокупный параметр качества термоэлемента.

1.3 Анализ применяемых способов улучшения технологии процесса электроосаждения металлов.

1.4 Физикохимические свойства воды как растворителя.

1.4 Выводы и постановка задачи.

Глава 2. Математическое моделирование процесса электроосаждения металлических плнок

2.1 Математическая модель процесса электроосаждения металлических плнок из водного раствора электролита под действием постоянного магнитного поля и лазерного излучения.
2.2 Расчт влияния действия лазерного излучения и магнитного поля на кинетические коэффициенты электродного процесса
2.2.1 Выбор метода расчта кинетических параметров электрохимического процесса плотности тока обмена 0 и коэффициента переноса а.
2.2.2 Расчт влияния лазерного излучения на величину коэффициента переноса а в процессах электроосаждения никеля.
2.2.3 Расчт влияния индукции постоянного магнитного поля на величину плотности тока обмена
2.3 Расчтные данные распределение концентрации ионов в объме раствора электролита и приращения массы никеля в процессе электролиза
2.4 Выводы.
Глава 3. Методика экспериментальных исследований.
3.1 Планирование эксперимента.
3.1.1 Многофакторный эксперимент
3.1.2 Построение математической модели
3.1.3 Определение оптимальных параметров лазерного излучения и величины индукции магнитного поля для получения максимальной скорости электроосаждения.
3.1.4 Проверка значимости модельной зависимости для масс восстановленного вещества и ее коэффициентов
3.1.5 Оценка погрешности теоретической формулы для массы восстановленного вещества относительно результатов эксперимента.
3.2 Методы экспериментальных исследований.
3.3 Определение физикомеханических свойств осаждаемых плнок.
3.4 Поляризационные измерения.
3.5 Рентгеноструктурный анализ выбор метода исследования, описание объекта исследования и характеристика основных параметров1.
3.6 Исследование влияния постоянного магнитного.поля.и лазерного излучения на структуру и рельеф поверхности образцов методом атомносиловой микроскопии.
3.7 Определение длины волны с помощью дифракционной рештки.
3.8 Определение выхода по току
3.9 Измерение коэффициента термоЭДС термоэлектрических материалов.
3. Определение электропроводности термоэлектрических материалов Глава 4. Разработка и исследование технологии электроосаждения МШгТез
4.1 Разработка технологии электроосаждения низкоомных ЫГЕТез контактов термоэлементов Пельтье на основе использования лазерного излучения.
4.1.1 Описание экспериментальных установок
4.1.2 Анализ факторов, влияющих на скорость электрохимической реакции.
4.1.3 Фотостимулирование электроосаждения металлических плнок
4.1.4 Лазерностимулированное электроосаждение металлических плнок.
4.2 Обоснование выбора источника излучения
4.2.1 Определение спектральных характеристик водного раствора хлорида никеля
4.3 Исследование действия лазерного излучения на процесс электроосаждения
4.4 Разработка технологии электроосаждения низкоомных МВ2Тез контактов элементов Пельтье при действии постоянного магнитного поля
4.4.1 Описание экспериментальных установок
4.4.2 Применение постоянного магнитного поля для электроосаждения металлических плнок
4.4.3 Зависимость скорости элекгроосаждения от структуры постоянного магнитного поля.
4.4.4 Влияние индукции постоянного магнитного поля на токи обмена и предельные токи диффузии
4.5 Разработка и исследование технологии электроосаждения ИВ2Тез контактов термоэлементов Пельтье при комплексном действии лазерного излучения и постоянного магнитного поля
Глава 5. Результаты экспериментальных исследований.
5.1 Действие лазерного излучения на поля на характеристики контактов
5.1.1 Результаты рентгеноструктурного анализа и атомносилового сканирования никелевых плнок, осажднных при действии лазерного
излучения.
5.2 Действие постоянного магнитного поля на характеристики контактов
5.2.1 Результаты рентгеноструктурного анализа и атомносилового сканирования никелевых плнок, осажднных при действии постоянного магнитного поля
5.3 Результаты экспериментальных исследований влияния комплексного воздействия лазерного излучения и постоянного магнитного поля на характеристики контактов.
5.4 Определение оптимальных характеристик технологического процесса электроосаждения никеля.
5.4.1 Влияние постоянного магнитного поля и лазерного излучения на коэффициент термо ЭДС термоэлектрических материалов.
5.4.2 Определение выхода по току
5.4.3 Измерение удельной электропроводности образцов термоэлектрических материалов
5.4.4 Влияние морфологии поверхности на коэффициент растекания
5.4.5 Определение оптимальных значений водородного показателя
5.4.6 Влияние индукции постоянного магнитного поля и плотности тока на приращение массы, осаждаемого никеля
5.4.7 Влияние индукции постоянного магнитного поля и мощности лазерного
излучения на увеличение выхода годных изделий.
Описание термоэлемента Пельтье и технологические рекомендации к повышению качества контактов
5.5.1 Технологический маршрут электроосаждения М1ВТе3 контактов
термоэлементов Пельтье
Основные результаты работы
Список используемых источников


При анализе применения постоянного магнитного поля для электроосаждения металлов можно условно выделить 3 основных направления. Влияние величины индукции постоянного магнитного поля на увеличение скорости транспорта ионов в объме раствора. Влияние ориентации магнитного поля на скорость процесса электроосаждения. Влияние магнитного поля на морфологию поверхности плнки. Влияние величины индукции и ориентации постоянного магнитного поля на процесс электроосаждения отражено в следующих работах . Магнитное поле параллельное поверхности электрода вызывает генерацию конвекции, направленной тангенциально поверхности электрода. МНО эффект в растворах электролитов 4 увеличение индукции постоянного магнитного поля от 0 Тл до 0,5 Тл при электроосаждении серебра из водного раствора з уменьшает скорость осаждения 7. Влияние магнитного поля на морфологию поверхности плнки показано в работе 9, рис 1. Осадок никеля, полученный без наложения магнитного поля представляет совокупность относительно крупных сферических фрагментов. Рисунок 1. Влияние лазерного излучения на процесс электроосаждения металлов представлялось в следующих работах. Для получения тонких плнок СсГГе и СсЦ. Те, методом электроосаждения применялось импульсное лазерное излучение локальное лазерностимулируемое электроосаждение использовалось для залечивания дефектов в разделительных никелевых слоях лазерноиндуцируемое электроосаждение никеля , золота применялось на модельных медных катодах различной формы. Отмечено, что лазерная металлизация упрощает технологический процесс и увеличивает скорость процесса электроосаждения на несколько порядков . По результатам обзора следует отметить разноплановость применения магнитного поля используются все возможные ориентации магнитного поля относительно поверхности электрода 3 6 8, 9 и величины индукции постоянного магнитного поля . В указанных работах , их использование имеет вспомогательный, частный характер. Следует отметить также нестабильность получаемых результатов 3, , что можно объяснить только отсутствием теоретической базы, проводимых исследований. В обзоре существующих по данной проблеме работ отсутствуют указания на влияние постоянного магнитного поля и лазерного излучения на такие характеристики контактов как адгезия, коэффициент растекания припоя уменьшение пористости, улучшение однородности структуры осаждаемой плнки, снижение переходного сопротивления, повышение коэффициента термоЭДС. Поэтому для решения поставленных производственной необходимостью задач, прежде всего, необходимо определить факторы, влияющие на скорость транспорта ионов в объме электролита. Провести анализ действия этих факторов, а также интенсивности и режимов лазерного излучения на характер электроосаждения, и на основе полученных результатов анализа предложить методы, позволяющие получить стабильные, предсказуемые результаты осаждения металлических плнок с заранее заданными свойствами. В основе любого термоэлектрического охлаждающего прибора лежит элементарный термоэлемент, представляющий две последовательно соединнные полупроводниковые ветви, одна их которых обладает электронной п, другая дырочной р проводимостью. Основным параметром, характеризующим качество, используемых для термоэлементов веществ, является величина совокупного параметра качест
ва г а ах, где а электропроводность термоэлемента, теплопроводность, а коэффициент термоЭДС. Качественно эта зависимость представлена на рисунке 1. Рисунок 1. Зависимость коэффициента термоЭДС а, электропроводности а и теплопроводности х от концентрации свободных электронов п Как видно из графика, максимум выражения для ъ оказывается лежащим в области концентраций носителей см3, то есть на три прядка меньшей, чем концентрация свободных электронов в металлах. Величина г мала в диэлектриках изза ничтожно малой электропроводности, в металлах и металлических сплавах за счет низкого коэффициента термоЭДС. Электропроводность т пропорциональна концентрации носителей п. Термоэлектродвижущая сила а, наоборот, стремится к нулю при возрастании числа носителей и неограниченно возрастает в противоположном случае 6. Х Хр Хэл 1.