Summary
ويرد هنا، تراكم أيونات كوبروس في كبريتات النحاس تصفيح الحل في تجربة نموذجية وتحليلاً على أساس القياسات الكمية. وتستنسخ هذه التجربة عملية تراكم أيونات كوبروس في حمام الطلاء.
Abstract
المعرفة بسلوك الأيونات كوبروس (أيون النحاس الفموي الأحادي التكافؤ: Cu(I)) في حمام طلاء كبريتات النحاس مهم لتحسين عملية الطلاء. نحن وضعت طريقة لقياس كمي وسهولة Cu(I) في محلول طلاء بنجاح، وأنها تستخدم لتقييم الحل. ويرد في هذه الورقة، وقياس كمية امتصاص طيف وقياس الوقت حل حقن Cu(I) تركيزات بفعل لون. ويتم هذا الإجراء الفعال كوسيلة استخراج وتوضيح هذه الظاهرة التي تحدث في حمام الطلاء في المختبر. أولاً، يتم عرض عملية تكوين وتراكم Cu(I) في الحل بالتحليل الكهربائي لحل الطلاء. يتم زيادة كمية Cu(I) في الحل بالتحليل الكهربائي في أعلى القيم الحالية من عملية الطلاء المعتادة. ويستخدم لتحديد Cu(I)، BCS (ملح ثنائي الصوديوم الحمضية، باثوكوبروينيديسولفونيك)، كاشف أن يتفاعل بشكل انتقائي مع Cu(I)،. ويمكن حساب تركيز Cu(I) من امتصاص للاتحاد الجمركي (ط)-مجمع BCS. بعد ذلك، يرد وصف قياس وقت رد الفعل اللون. يمكن متحللة منحنى رد فعل اللون Cu(I) و BCS تقاس بطريقة الحقن في تأخير ومكون لحظية. بتحليل لهذه المكونات، يمكن توضيح هيكل عقد Cu(I)، وهذه المعلومات مهمة عند التنبؤ بنوعية الفيلم الطلاء التي يتم إنتاجها. يتم استخدام هذا الأسلوب تسهيل تقييم حمام الطلاء في خط الإنتاج.
Introduction
لوحات الدوائر المطبوعة أصبحت أكثر كثافة ومتعدد الطبقات، وإدارة لمحاليل الطلاء أثناء عملية التصنيع يصبح أكثر أهمية للحفاظ على جودة المنتج. في كبريتات النحاس الطلي، أيون النحاس الفموي الأحادي التكافؤ (أيون كوبروس: تم تحديد Cu(I)) بأن أحد الأسباب الرئيسية لخشونة كبيرة والنهاية مملة من سطح الطلاء النحاس. السلوك ودور Cu(I) في الطلاء عملية1،2،3،4،5، أثر كل مضافة، وعقد بنية،6،7 وقد تم التحقيق في 8 . من الضروري تحليل Cu(I) في الحل والطلاء، ولكن من الصعب قياس تركيزه بسبب عدم استقرار Cu(I) في محلول مائي. ولذلك، تحليل Cu(I) في الموقع في حمام الطلاء أداة فعالة للسيطرة على الحل الطلاء.
أجرينا تحليل اللونية باستخدام كاشف شيلاتينغ مائي، BCS (ملح ثنائي الصوديوم الحمضية، باثوكوبروينيديسولفونيك)، إلى وضع تحليل كمي في الموقع من Cu(I) في كبريتات النحاس تصفيح الحل. BCS يمكن استخدامها لقياس تركيز Cu(I) في المحاليل10،،من911. كوبرويني نوع اللون رد فعل الكاشف، التي كانت تستخدم تقليديا لتحديد Cu(I)، مسعور والاستخراج مع الكحول أمر ضروري. وقد تبين أن BCS هو ماء، ويمكن قياس مباشرة Cu(I) في محلول مائي. تنسيق الجزيئات اثنين من BCS إلى Cu(I) واحد لتشكيل مجمعات 1:2 التي تمتص الضوء المرئي عند أطوال موجية بين 400 و 550 نانومتر (انظر الشكل 1). قمنا بإنشاء أسلوب لتحديد تركيز Cu(I) في الحل الطلاء من قياس امتصاص للاتحاد الجمركي (ط)-BCS معقدة12،13. ويرد في الجزء الأول من هذا البروتوكول، وسيلة للتعجيل بتشكيل Cu(I) في كبريتات النحاس تصفيح الحل في نظام تجريبي لنموذج والقياس الكمي لتركيز Cu(I) في محلول طلاء. وهذا أمر أساسي لتوضيح عملية تكوين وتراكم Cu(I) في حمام الطلاء.
علاوة على ذلك، فقد ظهر أن رد فعل اللون Cu(I) و BCS يمكن تقسيم عناصر الرد السريع ومكونات رد الفعل البطيء نسبيا. وهذا يزيد من حالة عدم اليقين في قياس امتصاص. للتغلب على هذه المشكلة، قمنا بتطوير طريقة لقياس رد فعل المنحنيات طريقة حقن14،15. ويبين الجزء الثاني بقياس Cu(I) استناداً إلى أسلوب الحقن. من خلال تحليل المكونات التي تم الحصول عليها بطريقة الحقن، فمن الممكن لتقريب فهم إليه تشكيل Cu(I) وإقامة الهيكل في الحل.
تقليديا، قد زعم أن Cu(I) في حل طلاء هو تتأكسد على الفور إلى أيونات نفايات (Cu(II)). وقد أكدنا أن هناك عدة millimoles (mmol/لتر) من Cu(I) في حمام الطلاء خط إنتاج12. ووفقا لهذا الأسلوب التجربة، يمكن استنساخها تراكم Cu(I) مماثلة إلى حمام الطلاء حتى في كوب المختبر. هذه هي تكنولوجيا أساسية توضيح عملية الإنتاج وتراكم Cu(I) في كبريتات النحاس الطلي الحل، والذي كان غير معروف14. وعلاوة على ذلك، بالسيطرة على Cu(I) في الحل الطلاء، من الممكن أيضا التنبؤ بتأثير Cu(I) على جودة الفيلم تصفيح15.
Protocol
ملاحظة: الرجاء التحقق من جميع ما يتصل بها صحائف بيانات سلامة المواد (MSDS). يرجى ارتداء المعدات الواقية عند تجريب تصفيح كبريتات النحاس.
1-إعداد كبريتات النحاس تصفيح الحل
ملاحظة: مستعد بالجمع بين حامض الكبريتيك (0.5 mol/L)، كبريتات النحاس (0.4 مول/لتر)، الكلور (Cl، 1.41 ملمول/لتر)، كبريتات النحاس تصفيح المحلول البولي إثيلين غليكول (شماعة؛ Mmol 4000: 0.025 ميغاواط/لتر)، bis(3-sulfopropyl) ثنائي كبريتيد (الصحة والصحة النباتية، 0.003% مليمول/لتر)، و "ب الأخضر يانوس" (البنوك، 0.004 ملمول/لتر) في المياه النقية.
- وضع شريط ضجة في كوب 1 لتر وصب في 600 مل من الماء النقي. إضافة حمض الكبريتيك (95.0%: 49.04 ز) في أجزاء صغيرة أثناء التحريك. اتركه حتى يبرد الحل.
- إضافة كبريتات النحاس (99.5 في المائة: ز 99.876) إلى الحل شيئا فشيئاً. يحرك لمدة 30 دقيقة.
- إضافة 23.7 مل حامض الهيدروكلوريك (0.02 مول/لتر)، 0.1 غرام من البولي إيثيلين غليكول، 1 مل من محلول SPS 1 مغ/لتر و 1 مل من محلول سوناطراك 2 مغ/لتر.
- نقل الحل دورق حجمي (1 لتر). إضافة الماء النقي وضبط 1 ل نقل كبريتات النحاس تصفيح الحل إلى حاوية البولي إيثيلين وتخزينه في درجة حرارة الغرفة في الظلام.
2-تشكيل Cu(I) في الحل الطلاء
- من أجل 150 مل كبريتات النحاس تصفيح الحل في كوب 200 مل. وضع شريط ضجة الكأس ويحرك 500 لفة في الدقيقة. اترك الحل الطلاء مسبقاً في درجة حرارة الغرفة (23 درجة مئوية ± 1 درجة مئوية) لمدة ساعة واحدة.
- إدخال أنبوب في كوب واسمحوا تدفق النيتروجين (حوالي 85 مل/دقيقة). ديوكسيجيناتي الحل الطلاء مع غاز النيتروجين لأكثر من 30 دقيقة.
- قص لوحة نحاسية سميكة 0.3 مم مع مقصات معدنية لإبعاد 9.5 سم × 2 سم. قص صفيحة البلاتين بسماكة 0.1 ملم بنفس الطريقة.
- تغسل الصفيحة النحاسية وصفيحة البلاتين مع الإيثانول والشطف بماء نقي. الجافة مع غاز النيتروجين.
- إرفاق لوحة النحاس والبلاتين لوحة الرقصة تحديد وإدراجه داخل الكأس وإصلاحه. منطقة مغمورة لكل لوحة للحل الطلاء هو 4 × 2 سم2 (انظر الشكل 2).
ملاحظة: الرقصة يتكون من كوب اﻷكريليك تحديد جزء (الشكل 3 (1))، والأجزاء المعدنية قطب كهربائي (الشكل 3 (2)). الجزء الكهربائي يتكون من أجزاء لإصلاح اللوحة، والجزء الذي يتصل بالحبل من إمدادات الطاقة. - التوصيل الكهربائي (اﻷنود) لصفيحة النحاس إلى نهاية إيجابية للإمداد بالطاقة (الشكل 3 (3))، والكهربائي لصفيحة البلاتين (الكاثود) إلى نهاية سلبية للإمداد بالطاقة (الشكل 3 (4)).
- بدوره على إمدادات الطاقة في ثابت الحالية من 1.0 A (الكثافة الحالية: 62.5 mA/سم2). يتكون Cu(I) في الحل الطلاء طبقاً لوقت التحليل الكهربائي، ويتم تكبير Cu(I) تركيز (المبلغ التراكمي) في حوالي 10 دقيقة.
ملاحظة: إذا كان يتم إدراج اللوحة بينما تدور محرض، قد مبعثر الحل الطلاء وقد السقوط الكأس. الرجاء تثبيت الرقصة قبل تشغيل الطاقة لتجنب الخطر. - إيقاف الطاقة بعد 10 دقيقة وتتوقف محرض. تترك لمدة حوالي 10 دقائق حتى تسوية الجسيمات.
3-الكمية قياس Cu(I)
- إعداد الحل BCS (10-2 mol/L) بتذويب ز 0.36 جزيء في 100 مل الماء النقي. وآثاره الحل وحل BCS بمبلغ زائدة بالنسبة للنحاس الفموي الأحادي التكافؤ. تخزين الحل BCS في وعاء مقاوم للضوء وتخزين الحاوية في الظلام.
ملاحظة: في القياس، يتم ضبط تركيز BCS في الحل عينة ألف مرة أو أكثر تركيز Cu(I). - إضافة 60 مل من حامض الخليك (1 مول/لتر) و 25.2 مل من محلول هيدروكسيد الصوديوم (1 مول/لتر) إلى 120 مل الماء النقي لإعداد حل تحييد (حل المخزن المؤقت).
- وضع شريط ضجة في الخلية قياس الامتصاص (طول المسار الضوئي: 1 سم)، وصب في 2.5 مل من محلول الأبطال و 219 ميكروليتر من الحل BCS.
- خلط في ميكروليتر 22 من تصفيح الحل العينة (الخطوة 2.9). يحرك لمدة 20 دقيقة.
ملاحظة: بغية التأكد من أن وظيفة BCS العادي، الرقم الهيدروجيني للحل عينة لقياس يجب أن لا تقل 4. BCS بشكل انتقائي أشكال معقدة مع Cu(I). Cu (ط)-مجمع BCS يمتص في المنطقة المرئية (400 إلى 550 نيوتن متر)، ويطور تحييد الحل لون برتقالي (الشكل 4). - قياس أطياف الامتصاص للحل العينة (3.4) مع جهاز المطياف الضوئي الأشعة فوق البنفسجية/تجاه (الطول الموجي: 400 – 600 nm) (الشكل 5e).
ملاحظة: لا توجد أي جهاز قياس مقيدة والظروف، ومن المستحسن لجعلها متطابقة في سلسلة تجربة واحدة. - حساب تركيز استخدام قانون لامبرت-بير Cu(I):
A = جلاليورو
حيث A امتصاص، L هو طول المسار الضوئي، واليورو هو معامل الامتصاص المولى (BCS: 1.2 × 104 في 485 نانومتر)، و c هو تركيز مولى (مول/لتر) المذاب.
ملاحظة: نظراً لطول المسار الضوئي 1 سم، تركيز Cu(I) في الخلية هو ببساطة امتصاص مقسوماً على معامل الانقراض المولى. هي القيمة التي تم الحصول عليها بضرب نسبة 125 (إضعاف إضعاف مع الحل تحييد) تركيز Cu(I) الحل الطلاء.
4-حقن قياس Cu(I) و BCS لون منحنيات رد فعل
- استخدام جهاز المطياف الضوئي الأشعة فوق البنفسجية/مقارنة مع دالة قياس الوقت لأكثر من 20 دقيقة لقياس حقن. والمطياف ينبغي أن يكون نموذج الدائرة تغطية مع منفذ المحاقن (الشكل 6 غادر) وحامل خلية الحرارة مع محرض.
- استخدام خلية مربعة 1 سم × 1 سم لقياس امتصاص. وضع شريط إثارة s في الخلية الاستيعاب.
- صب 2.5 مل حل معادلتها أعدت في ميكروليتر 3.2 و 219 من الحل BCS أعدت في 3.1 في الخلية. زيادة سرعة دوران محرض.
- تعيين وقت القياس إلى 1,270 s في وضع قياس الوقت في 485 نانومتر وابدأ. حقن دقيقة واحدة بعد البدء، 22 ميكروليتر من عينة الحل الطلاء (2.9) مع ماصة من ميناء حقنه لتغطية الدائرة. سيكون رد فعل منحنيات Cu(I) و BCS المكتسبة (الحق فيالشكل 6 ).
Representative Results
ويمكن تحديد تركيز Cu(I) في الحل الطلاء من امتصاص في 485 نانومتر للاتحاد الجمركي (ط)-يخلب 2BCS. ويبين الشكل 5 أطياف الامتصاص لأن الحلول والطلاء بالكهرباء لمدة دقيقة 0، 4، 6، 8 و 10. تركيز Cu(I) يميل إلى الزيادة من 0 إلى 10 دقيقة حسب وقت التحليل الكهربائي. غير أنه يبدو عنصر تأخير نتيجة لقياس الوقت وتصميما، بالإضافة إلى عنصر الفورية في رد الفعل بين BCS و Cu(I). وهذا يقلل نسبة الإشارة إلى الضوضاء (نسبة S/N) قيمة امتصاص ويحول دون تحديد دقيق لتركيز Cu(I). فمن الأفضل لاستخدام أسلوب الحقن لتحديد تركيز Cu(I)، لأنه يتم قياس التغير في امتصاص الناجم عن حقن تصفيح الحل قبل وقت التحلل (الشكل 6).
يتم الحصول على معلومات عن Cu(I) عقد بنية في الحل الطلاء بالتحليل العددي للمنحنى رد فعل. بشكل عام، Cu(I) هو تتأكسد بسرعة إلى Cu(II) في محلول مائي؛ ولكن في حل الطلاء ويعتبر أن استقرت بتشكيل معقدة مع مضافة (لا سيما شماعة)14. ويعكس المنحنى رد فعل عملية إزالة معدن ثقيل Cu(I) و BCS. المنحنى رد الفعل يتكون من مكون يزيد فورا بعد حقن الحل الطلاء ومكون الذي يزيد ببطء على مدى عدة عشرات من دقيقة. هذه المكونات تشير إلى أن هناك عدة هياكل عقد Cu(I) في الحل الطلاء. يمكن تقييم الخصائص الحل الطلاء تشارك في Cu(I) عن طريق تحليل منحنى رد فعل. وعلى افتراض أن رد فعل Cu(I) مع BCS رد فعل نظام أول فيما يتعلق بتركيز Cu(I)، حصلنا على حركية الرد التالي من امتصاص، في:
في = A0 + ال [1-أكسب (−t/TL)]
t هو الوقت من بداية القياس، A0 يتوافق مع مكون الذي يتفاعل على الفور (امتصاص في t = 0) وال يتوافق مع مكون الذي يتفاعل ببطء (على-A0). TL هو وقت ثابت لعنصر ال. لمحاكاة المنحنى رد الفعل اللون، طبقنا الصيغة لبرمجيات التحليل الأصلي (قد تكون البرمجيات المتاحة تجارياً)13,15. هو منحنى محاكاة التغير في امتصاص رد الفعل لون الحل الطلي الموضح في الشكل 7. من المحاكاة، كمياً المعلمات (A0, AL, TL) المتصلة بتراكم Cu(I). وكانت نتائج المحاكاة في هذا الشكل A0 = 0.053، ال = 0.098، ليرة تركية = 13.6 دقيقة، و r2 = 0.998. الشكل 8 (الرسم البياني) يرسم محاكاة قيمة A0 في الحل الطلاء الكهرباء لأوقات مختلفة. على الرغم من أن قيمة A0 لم تتغير كثيرا حتى 4 دقيقة من التحليل الكهربائي، ينظر إليه زيادة المقابلة لوقت التحليل الكهربائي من دقيقة 6 إلى 10 دقيقة.
نفذ الطلاء على الركازة نحاس لمدة 10 دقيقة مع حلول التحليل الكهربائي للتحقيق في تأثير Cu(I) على نوعية طلاء النحاس مثل خشونة ومورفولوجيا. ويبين الشكل 8 الصور ووزارة شؤون المرأة (المسح الإلكتروني المجهري) هيكل سطح الفيلم المودعة لدى حلول التحليل الكهربائي. بنية الفيلم 0 دقيقة ودقيقة 4 الطلاء الكهربائي من يتم تمييزه تقريبا. وهناك الجسيمات الدقيقة تمتز كثيفة مع حجم من عدة عشرات من نانومتر ومورفولوجيا سطح سلس. بعد 6 دقائق من الطلاء الكهربائي، هناك بعض التورم على السطح. وبعد 10 دقائق من الطلاء الكهربائي، هناك خشونة مكتنزة كبيرة.
رقم 1: هيكل وطيف امتصاص للاتحاد الجمركي (ط)-مجمع BCS. كبريتات النحاس الطازجة تصفيح الحل والحل الكهربائي. إذ تراكمت Cu(I) في الحل والطلاء بالتحليل الكهربائي، طيف امتصاص Cu (ط)-لوحظ أن مجمع BCS في العينة الحل الطلاء الكهربائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2: رسم تخطيطي للمعدات اللازمة لكهربة التجربة (على اليسار) والممثل تجربة شروط التحليل الكهربائي (يمين)- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 3: صورة لتركيبات من أجزاء يمكن تنشيط في التجربة- إرفاق الرقصة مع صفيحة القطب كوب الزجاج وتوصيله بالتيار الكهربائي. (1) كوب اﻷكريليك تحديد جزء وأجزاء القطب (2) معدنية وقطب لوحة (3) النحاس (اﻷنود) والبلاتين (4) لوحة قطب كهربائي (الكاثود). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
4 الرقم: قياس الامتصاص من Cu(I)- إجراء قياس الامتصاص (يسار) وصور لحل نموذج (يمين). كبريتات النحاس الطازجة تصفيح الحل (الأزرق) وحل التحليل الكهربائي (برتقالي). منذ Cu(I) جمعتها في الحل الطلاء الكهربائي، هو البرتقالي اللون في العينة الحل الطلاء الكهربائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
5 الرقم: أطياف الامتصاص للاتحاد الجمركي (ط)-BCS في حلول التحليل الكهربائي. وقت التحليل الكهربائي: () 0، (ب) 4، (ج) 6، (د) 8، و (ه) 10 دقيقة. منذ امتصاص للاتحاد الجمركي (ط)-BCS عموما يزيد الوقت الكهربائي يصبح أطول، ويعتبر أن زيادة مقدار Cu(I) المتراكمة في الحل الطلاء. وهذا الرقم تعديل للشكل 2 كوجا et al. عام 201815. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 6: قياس حقن. اليسرى: الصورة لتغطية الدائرة. هناك منفذ حقنه في الجزء العلوي من الخلية؛ إدراج ماصة هناك وحقن عينة الحل. حق: رد فعل منحنى تصفيح الحل الذي كان الكهرباء في 1.0 A لمدة 10 دقائق. ولوحظت زيادة حادة في امتصاص فورا بعد الحقن وزيادة لطيف الواضح. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
7 الرقم: محاكاة لامتصاص من تصفيح الحل (1.0 A، 10 دقيقة)- 
: قياس نقطة، خط متصل: المنحنى المناسب. وهذا الرقم تعديل للرقم 4 كوجا et al. عام 201815. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
8 الرقم: ترسب مقابل وقت التحليل الكهربائي. (الرسم البياني) يتم رسم امتصاص تطبيع المناسب معلمات ضد وقت التحليل الكهربائي، A0. (صور) صور SEM لسطح الفيلم الطلاء التي أودعت في كل حل التحليل الكهربائي (الأوقات أعلاه الصور بالتحليل الكهربائي مرات). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
ويبين الشكل 2 تخطيطياً نظاما لتجربة التحليل الكهربائي. الرقصة هو عنصر مرتبة، الذي يتكون من جزء اكريليك لتكون ثابتة للأكواب وأجزاء معدنية لإرفاق لوحات والاتصال مع وحدة الإمداد بالطاقة. هذه الآلية، يصبح منطقة الغمر من اللوحات ثابتة، والعلاقة بين القيمة الحالية والكثافة الحالية تظل ثابتة. في ظروفنا، غمر 4 سم × 2 سم، والكثافة الحالية سوف تكون 62.5 mA/سم2 مع آر 1 أ في الإجراء تراكم من Cu(I)، يتم إرفاق صفيحة نحاس اﻷنود وصفيحة البلاتين موصولة إلى الكاثود. من أجل زيادة كفاءة تراكم Cu(I)، فمن الأفضل ديوكسيديزي الحل الطلاء مع غاز النيتروجين مسبقاً.
القياس الكمي ل Cu(I) يتكون من إجراءات بسيطة. من أجل تحييد الحل والحل BCS في الخلية ومزيج الحل الطلاء (الشكل 4). من الضروري أن يقلب لأكثر من 20 دقيقة حتى Cu(I) و BCS تستجيب بما فيه الكفاية. وهذا لضمان دقة القياس بالنهوض بما فيه الكفاية برد فعل. إذا Cu(I) يرد في الحل الطلاء، حل نموذج يظهر البرتقالي وطيف امتصاص وجود ذروتها في 485 نانومتر يتم الحصول عليها. التغييرات في لون الحل بسبب تشكيل معقدة مثيرة وفاجأ الكثير من النحاس تصفيح الفنيين.
ومن المؤكد أن Cu(I) يتراكم في الحل عندما يتم تمرير تيار من خلال كبريتات النحاس تصفيح الحل (الشكل 5). طيف امتصاص يظهر الشكل للاتحاد الجمركي (ط)-BCS معقدة، ومناسبة لحساب تركيز Cu(I) من امتصاص في 485 نانومتر. على الرغم من أن القيمة الحالية إجراء تعسفي، Cu(I) يكاد تراكمت في قيمة الحالية من 0.2 A، ومطلوب أعلى قيمة الحالية. على الرغم من أن كمية تراكم Cu(I) يميل إلى الزيادة مع الوقت التحليل الكهربائي، هي مشبعة المفرط الحالي (على سبيل المثال، التحليل الكهربائي لأكثر من 10 دقيقة في 1.0 A). مقدار تراكم Cu(I) زاد بالتحليل الكهربائي لمدة 10 دقائق عندما كان 0.5 إلى 1.0 A14من القيمة الحالية. عندما يتدفق تيار الزائد (على سبيل المثال، في 1.0 A لمدة 20 دقيقة)، انخفض تركيز Cu(I). هذا ويعتقد أن تكون ذات صلة بتكوين جزيئات النحاس بسبب التقدم المحرز في رد فعل غير متناسب.
وقد رد فعل Cu(I) و BCS في الحل الطلاء عدة مكونات وقت، التي غالباً ما يصعب تحديد دقيق للتركيز. ولحل هذه المشكلة، قياس حقن أمر مرغوب فيه (الشكل 6). في هذا القياس، شدة امتصاص Cu (ط)-مجمع BCS يكتسب كمبلغ تم تغييره من الأساس قبل الحقن للحل الطلاء، ولذلك فإنه يمكن تحديد أكثر دقة. وباﻹضافة إلى ذلك، حيث يمكن تحليل المنحنى رد ببساطة عددياً، التركيز يمكن أن يكون معلوما بدقة عالية حتى ولو لم يتم الانتهاء من رد فعل. ويعتقد عناصر المنحنى رد فعل تعكس هيكل الاحتفاظ Cu(I) في الحل الطلاء14.
من المهم أن نموذج هيكل عقد Cu(I) في الحل الطلاء ضد الزعم بأن Cu(I) في حمام الطلاء يكسد على الفور Cu(II). ونحن نقترح هذا النموذج التالي من تحليل الخصائص الكمية الحالية وتشكيل، وتراكم Cu(I). يتم الاحتفاظ بجزء من Cu(I) التيد من لوحة النحاس في الحل في شكل Cu (ط)-مجمع الوتد. في المراحل المبكرة من تكوين معقد، وأيونات كلوريد يعتقد أن تلعب دوراً كعامل استقرار مؤقت ل6،Cu(I)8. Cu(I) منسقة على شماعة أدمجت داخل هيكل ثلاثي الأبعاد، وفي بيئة مسعور. عندما يتم ترقية تشكيل Cu(I)، Cu(I) الزائدة منسقة إلى السطح شماعة وقد تكون مقربة من السائل. منذ Cu(I) على السطح يتفاعل فورا مع BCS، سيعكس المكون A0 المنحنى رد فعل. منذ Cu(I) داخل شماعة محمي من الهجوم BCS، أنها تحتوي على مكون ال بطيئة. وقد أشير إلى أن المكون A0 أساسا يؤثر على جودة الفيلم تصفيح15. هذه المعلومات المهم لإدارة الحل الطلاء.
طريق تسريع تمسخ الحل الطلاء والتحقق من تركيز Cu(I) المتراكمة وهيكل القابضة، فمن الممكن لوضوح وصف الحل الطلاء. هذا أمر مهم ليس فقط لفهم عملية الطلاء بل أيضا للتنبؤ بنوعية الفيلم الطلاء لإنتاجها. من تحقق الصورة ووزارة شؤون المرأة، وقد تبين أن تركيز Cu(I)، لا سيما العنصر A0، تشارك بقوة في توليد خشونة الفيلم الطلاء (الشكل 8). قياس Cu(I) في الموقع يعطي مؤشرات جديدة للإدارة لطلاء الحمامات.
هذا البحث يمكن أن تسهم في إدارة حمام الطلاء استناداً إلى القياس البصري. ونحن نهدف إلى تطوير نظام يمكن تقييم حالة حمام الطلاء على خط الإنتاج في الوقت المحدد وفي الموقع.
Disclosures
ليس لدينا شيء الكشف عنها.
Acknowledgments
ونحن نشكر "هيراكاوا أ." للها إسهاما كبيرا في هذا البحث.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Acetic acid | Wako | 016-18835 | |
| BCS | Dojindo | B002 | |
| Copper plate | YAMAMOTO-MS | B-60-P05 | |
| Copper sulfate | Wako | 033-04415 | |
| Hydrochorinic acid | SIGMA-ALDRICH | 13-1750-5 | |
| JGB | Wako | 106-00011 | |
| Magnetic stirrer | Iuchi | HS-30D | |
| NaOH | NACALAI TESQUTE | 31511-05 | |
| PEG4000 | Wako | 162-09115 | |
| Platinum plate | NILACO | PT-353326 | |
| Power supply | TAKASAGO | LX018-28 | |
| SPS | Wako | 327-87481 | |
| Stir bar | AS ONE | 1-5409-01 | |
| Sulfuric acid | Wako | 192-04696 | |
| Syringe port | JASCO | CSP-749 | |
| Thermostat cell holder with a stirrer | JASCO | STR-773 | |
| UV/vis Spectrophotometer | JASCO | V-630 |
References
- Kondo, K., Akolkar, R. N., Barkey, D., Yokoi, M. Chap 1. Copper Electrodeposition for Nanofabrication of Electronics Devices. , Springer. New York. (2014).
- Kondo, K., Nakamura, T., Okamoto, N. Correlation between Cu (I)-complexes and filling of via cross section by copper electrodeposition. Journal of Applied Electrochemistry. 39, 1789-1795 (2009).
- Healy, J. P., Pletcher, D., Goodenough, M. The Chemistry of the additives in an acid copper electroplating bath, Part II. The instability of 4,5-dithiaoctance-1,8-disulphonic acid in the bath on open circuit. Journal of Electroanalytical Chemistry. 338, 167-177 (1992).
- Frandon, E. E., Walsh, F. C., Campbell, S. A. Effect of thiourea, benzotriazole and 4,5-dithiaoctane-1,8-disulphonic acid on the Kinetics of Copper Deposition from Dilute Acid Sulphate Solution. Journal of Applied Electrochemistry. 25, 574-583 (1995).
- Gabrielli, C., Mocoteguy, P., Perrot, H., Zdunek, A., Sanz, D. N. A Model for Copper Deposition in the Damascene Process Application to the Aging of the Deposition Bath. Journal of The Electrochemical Society. 154 (1), D13-D20 (2007).
- Yokoi, M., Konishi, S., Hayashi, T. Adsorption Behavior of Polyoxyethyleneglycole on the Copper Surface in an Acid Copper Sulfate Bath. Denki Kagaku. 52, 218-223 (1984).
- Pan, S. Z., Song, L. X., Chen, J., Du, F. Y., Yang, J., Xia, J. Noncovalent Interaction of Polyethylene Glycol with Copper Complex of Ethylenediaminetetraacetic Acid and Its Application in Constructing Inorganic Nanomaterials. Dalton Transactions. 40, 10117-10124 (2011).
- Feng, Z. V., Li, X., Gewirth, A. A. Inhibition Due to the Interaction of Polyethylene Glycol, and Copper in Plating Bath: A Surfce-Enhanced Raman Study. The Journal of Physical Chemistry. B. 107, 9415-9423 (2003).
- Palmer, J. Determination of Copper Species in Atmospheric Waters. The Plymouth Student Scientist. 7 (2), 151-184 (2014).
- Faizullah, A., Townshend, A. Spectrophotometric Determination of Copper by Flow Injection Analysis with an On-Line Reduction Column. Analytica Chimica Acta. 172, 291-296 (1985).
- Koga, T., Hirakawa, C., Takeshita, M., Terasaki, N. Quenching Characteristics of Bathocuproinedisulfonic Acid, Disodium Salt in Aqueous Solution and Copper sulfate plating solution. Japanese Journal of Applied Physics. 57, 04FL04-1-5 (2018).
- Noma, H., et al. Analysis of Cu(I) in Copper Sulfate Electroplating Solution. Journal of The Surface Finishing Society of Japan. 63, 124-128 (2012).
- Noma, H., et al. Analysis of Cu(I) Complexes in Copper Sulfate Electroplating Solution by Using Reaction Kinetics with a Chelate Regent. ECS Transactions. 58 (17), 77-88 (2014).
- Koga, T., Nonaka, K., Sakata, Y., Terasaki, N. Electrochemical Formation and Accumulation of Cu(I) in Copper Sulfate Electroplating Solution. Journal of The Electrochemical Society. 165 (10), D423-D426 (2018).
- Koga, T., Nonaka, K., Sakata, Y., Terasaki, N. Spectroscopic and Electrochemical Analysis of Cu(I) in Electroplating Solution and Evaluation of Plated Films. Journal of The Electrochemical Society. 165 (10), 467-471 (2018).
