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Chemistry

एक तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान में Cuprous आयनों के संचय और विश्लेषण

Published: March 20, 2019 doi: 10.3791/59376
Automatic Translation
1, 1, 1
1Advanced Manufacturing Research Institute, Department of Electronics and Manufacturing, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

Summary

यहां, एक मॉडल प्रयोग में एक तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान में क्यूप्रस आयनों के संचय और एक मात्रात्मक माप के आधार पर विश्लेषण का वर्णन कर रहे हैं । इस प्रयोग को चढ़ाना स्नान में क्यूप्रस आयनों के संचय की प्रक्रिया reproduces ।

Abstract

एक तांबे सल्फेट चढ़ाना स्नान में क्यूप्रस आयनों (मोनोवेलेंट कॉपर आयन: घन (I)) के व्यवहार का ज्ञान चढ़ाना प्रक्रिया में सुधार के लिए महत्वपूर्ण है । हम सफलतापूर्वक मात्रात्मक और आसानी से एक चढ़ाना समाधान में घन (मैं) को मापने के लिए एक विधि विकसित की है और यह समाधान के मूल्यांकन के लिए इस्तेमाल किया । इस पत्र में, एक मात्रात्मक अवशोषण स्पेक्ट्रम माप और घन (I) एक रंग प्रतिक्रिया द्वारा सांद्रता की एक समय हल इंजेक्शन माप का वर्णन कर रहे हैं । इस प्रक्रिया को पुन: पेश करने और प्रयोगशाला में चढ़ाना स्नान में होने वाली घटना को स्पष्ट करने के लिए एक विधि के रूप में प्रभावी है । सबसे पहले, गठन और घन के संचय की प्रक्रिया (I) समाधान में एक चढ़ाना समाधान के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा दिखाया गया है । समाधान में घन (I) की मात्रा सामान्य चढ़ाना प्रक्रिया की तुलना में उच्च वर्तमान मूल्यों पर इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा वृद्धि हुई है । घन (i), BCS (bathocuproinedisulfonic अम्ल, डाइसोडियम नमक) के निर्धारण के लिए, एक अभिकर्मक जो चुनिंदा रूप से घन (i) के साथ अभिक्रिया करता है, उपयोग किया जाता है । घन (i) की सांद्रता (i)-BCS कॉम्प्लेक्स के अवशोषण से परिकलित की जा सकती है । अगला, रंग प्रतिक्रिया का समय माप वर्णित है । घन (I) और BCS इंजेक्शन विधि द्वारा मापा के रंग प्रतिक्रिया वक्र एक तात्कालिक घटक और एक देरी घटक में विघटित किया जा सकता है । इन घटकों के विश्लेषण के द्वारा, घन की जोत संरचना (I) स्पष्ट किया जा सकता है, और यह जानकारी महत्वपूर्ण है जब चढ़ाना फिल्म की गुणवत्ता की भविष्यवाणी करने के लिए उत्पादन किया जाएगा । इस विधि से उत्पादन लाइन में चढ़ाना स्नान के मूल्यांकन की सुविधा के लिए प्रयोग किया जाता है ।

Introduction

के रूप में मुद्रित सर्किट बोर्डों सघन और multilayered हो, विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान समाधान चढ़ाना के प्रबंधन और अधिक उत्पाद की गुणवत्ता बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण हो जाता है । कॉपर सल्फेट विद्युत में, मोनोवेलेंट कॉपर आयन (cuprous आयन: घन (I)) तांबा चढ़ाना सतह के बड़े खुरदरापन और सुस्त खत्म होने के मुख्य कारणों में से एक होने के लिए निर्धारित किया गया है । व्यवहार और घन की भूमिका (I) चढ़ाना प्रक्रिया1,2,3,4,5, प्रत्येक additive के प्रभाव, और होल्डिंग संरचना6,7, 8 की जांच की गई है । यह चढ़ाना समाधान में घन (मैं) का विश्लेषण करने के लिए आवश्यक है, लेकिन यह एक जलीय समाधान में घन (मैं) की अस्थिरता की वजह से अपनी एकाग्रता यों तो करने के लिए मुश्किल था । इसलिए, पर (मैं) चढ़ाना स्नान में घन के साइट विश्लेषण चढ़ाना समाधान को नियंत्रित करने के लिए एक प्रभावी उपकरण है ।

हम पर एक तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान में घन (I) की साइट मात्रात्मक विश्लेषण स्थापित करने के लिए, एक जलीय chelating अभिकर्मक, BCS (bathocuproinedisulfonic एसिड, डायसोडियम नमक), का उपयोग कर वर्णमिति विश्लेषण किया । bcs के जलीय समाधान9,10,11में घन (I) एकाग्रता की मात्रा निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है । cuproine प्रकार रंग प्रतिक्रिया अभिकर्मक है, जो पारंपरिक घन (मैं) के निर्धारण के लिए इस्तेमाल किया गया है, जलविरागी है और शराब के साथ निष्कर्षण आवश्यक है । यह दिखाया गया कि BCS हाइड्रोफिलिक है और एक जलीय विलयन में घन (I) को सीधे माप सकता है । BCS के दो अणु एक घन के लिए समंवय (I) 1:2 परिसरों है कि ४०० और ५५० एनएम के बीच तरंग दैर्ध्य में दिखाई प्रकाश को अवशोषित फार्म ( 1 चित्रदेखें) । हम घन (मैं) के अवशोषण की माप से चढ़ाना समाधान में घन (मैं) की एकाग्रता निर्धारित करने के लिए एक विधि की स्थापना की-bcs परिसर12,13। इस प्रोटोकॉल के पहले भाग में, एक मॉडल प्रयोगात्मक प्रणाली में एक तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान में घन (i) गठन में तेजी लाने की एक विधि और एक चढ़ाना समाधान में घन (i) एकाग्रता की मात्रात्मक माप वर्णित हैं । इस चढ़ाना स्नान में गठन और घन (मैं) के संचय की प्रक्रिया को स्पष्ट करने के लिए मौलिक है ।

इसके अलावा, यह दिखाया गया है कि घन (I) और BCS के रंग प्रतिक्रिया रैपिड रिएक्शन घटकों और अपेक्षाकृत धीमी प्रतिक्रिया घटकों में विभाजित किया जा सकता है । इससे शोषक माप में अनिश्चितता बढ़ जाती है । इस समस्या को दूर करने के लिए, हम एक इंजेक्शन विधि14,15द्वारा प्रतिक्रिया घटता मापने की एक विधि विकसित की है । दूसरा भाग (I) इंजेक्शन विधि के आधार पर घन की माप दिखाता है । इंजेक्शन विधि द्वारा प्राप्त घटकों का विश्लेषण करके, यह घन (I) गठन तंत्र और समाधान में धारण संरचना की समझ अनुमानित करने के लिए संभव है ।

पारंपरिक रूप से, यह दावा किया गया है कि एक चढ़ाना समाधान में घन (मैं) तुरंत क्यूप्रिक आयनों (घन (द्वितीय)) को ऑक्सीकरण है । हमने पुष्टि की है कि उत्पादन लाइन12के चढ़ाना स्नान में सीयू (आई) के कई millimoles (mmol/L) हैं । इस प्रयोग विधि के अनुसार, घन के संचय (I) चढ़ाना स्नान के समान प्रयोगशाला के बीकर में भी reproduced किया जा सकता है । यह एक बुनियादी प्रौद्योगिकी के लिए घन (I) उत्पादन और एक तांबे सल्फेट विद्युत समाधान है, जो14अज्ञात था में संचय प्रक्रिया स्पष्ट है । इसके अलावा, घन (मैं) चढ़ाना समाधान में नियंत्रित करके, यह भी संभव है (मैं) चढ़ाना फिल्म15की गुणवत्ता पर घन के प्रभाव की भविष्यवाणी ।

Protocol

नोट: कृपया सभी संबंधित सामग्री सुरक्षा डेटा पत्रक (MSDS) की जांच करें । तांबे सल्फेट चढ़ाना के साथ प्रयोग करते समय सुरक्षात्मक उपकरण पहनते हैं ।

1. कॉपर सल्फेट चढ़ाना समाधान की तैयारी

नोट: कॉपर सल्फेट चढ़ाना जलीय विलयन सल्फ्यूरिक अम्ल (०.५ mol/L), कॉपर सल्फेट (०.४ mol/L), क्लोरीन (Cl, १.४१ mmol/L), पॉलीथीन ग्लाइकोल (पीईजी) के संयोजन द्वारा तैयार किया जाता है । मेगावाट ४०००:०.०२५ mmol/L), बीआईएस (3-सल्फोप्रोपी) डिसल्फाइड (एसपीएस, ०.००३ mmol/L), और जेनस ग्रीन बी (जेजीबी, ०.००४ mmol/एल) शुद्ध पानी में ।

  1. एक 1 एल बीकर में हलचल बार प्लेस और शुद्ध पानी की ६०० मिलीलीटर में डालना । उभारें जबकि छोटे भागों में सल्फ्यूरिक एसिड (९५.०%: ४९.०४ ग्राम) जोड़ें । जब तक समाधान ठंडा हो जाए उसे छोड़ दें ।
  2. जोड़ें कॉपर सल्फेट (९९.५%: ९९.८७६ ग्राम) थोड़ा करके समाधान के लिए । 30 मिनट के लिए हिलाओ ।
  3. हाइड्रोक्लोरिक एसिड की २३.७ मिलीलीटर (०.०२ mol/L), ०.१ ग्राम पॉलीथीन ग्लाइकोल, 1 मिलीग्राम/एल एसपीएस समाधान के 1 मिलीलीटर और 2 मिलीग्राम/L जेजीबी समाधान के 1 मिलीलीटर जोड़ें ।
  4. एक volumetric फ्लास्क (1 एल) के लिए समाधान हस्तांतरण । शुद्ध पानी जोड़ें और 1 एल को समायोजित एक पॉलीथीन कंटेनर के लिए तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान हस्तांतरण और अंधेरे में कमरे के तापमान पर यह दुकान ।

2. चढ़ाना समाधान में घन (मैं) के गठन

  1. एक २०० मिलीलीटर बीकर में कॉपर सल्फेट चढ़ाना समाधान के १५० मिलीलीटर डालो । बीकर में हलचल बार रखो और ५०० rpm पर हलचल । 1 घंटे के लिए कमरे के तापमान (23 ° c ± 1 ° c) पर अग्रिम में चढ़ाना समाधान छोड़ दें ।
  2. एक बीकर में एक ट्यूब डालें और नाइट्रोजन प्रवाह जाने (लगभग ८५ मिलीलीटर/ 30 मिनट से अधिक के लिए नाइट्रोजन गैस के साथ चढ़ाना समाधान डिऑक्सीगेनेट ।
  3. ०.३ मिमी मोटी तांबे की थाली को धातु के कतरन के साथ ९.५ सेमी x 2 सेमी आयामों में काटें । इसी तरह से ०.१ एमएम की मोटाई वाली प्लैटिनम प्लेट को काट लें ।
  4. तांबे की प्लेट और प्लेटिनम प्लेट को एथेनॉल के साथ धोकर शुद्ध पानी से धो लें । नाइट्रोजन गैस के साथ सूखी ।
  5. तांबे की थाली और प्लेटिनम प्लेट फिक्सिंग जिग के लिए देते हैं, यह बीकर के अंदर डालने और इसे ठीक । चढ़ाना समाधान करने के लिए प्रत्येक थाली के डूबे क्षेत्र 4 x 2 सेमी2 ( चित्र 2देखें) है ।
    नोट: जिग एक एक्रिलिक बीकर भाग फिक्सिंग (चित्रा 3 (1)) और धातु इलेक्ट्रोड भागों (चित्रा 3 (2)) के होते हैं । इलेक्ट्रोड भाग थाली को ठीक करने के लिए भागों के होते हैं, और हिस्सा बिजली की आपूर्ति से गर्भनाल को जोड़ता है.
  6. कॉपर प्लेट के इलैक्ट्रोड (ऐनोड) को विद्युत आपूर्ति के धनात्मक अंत (चित्र 3 (3)), तथा प्लैटिनम प्लेट (कैथोड) के इलेक्ट्रोड को विद्युत प्रदाय (चित्र 3 (4)) के ऋणात्मक अंत तक कनेक्ट करें ।
  7. १.० A (वर्तमान घनत्व: ६२.५ mA/सेमी2) की एक निरंतर वर्तमान में बिजली की आपूर्ति चालू करें । घन (मैं) चढ़ाना समाधान में इलेक्ट्रोलिसिस समय के अनुसार गठन किया है, और घन (i) एकाग्रता (संचित राशि) के बारे में 10 मिनट में परका है ।
    नोट: यदि थाली डाला जाता है, जबकि उत्तेजक rotates, चढ़ाना समाधान तितर बितर हो सकता है और बीकर पर गिर सकता है । कृपया खतरे से बचने के लिए बिजली चालू करने से पहले जिग स्थापित करें ।
  8. 10 मिनट के बाद बिजली बंद करो और विलोडक बंद करो । के बारे में 10 मिनट के लिए छोड़ जब तक कणों बसा ।

3. घन की मात्रात्मक माप (I)

  1. BCS समाधान (10-2 Mol/L) के ०.३६ ग्राम शुद्ध पानी के १०० मिलीलीटर में अणु को भंग करके तैयार करें । समाधान हलचल और एक अतिरिक्त राशि में एक मोनोवैलेंट तांबे के सापेक्ष BCS भंग । एक हल्के प्रूफ कंटेनर में BCS समाधान की दुकान और अंधेरे में कंटेनर की दुकान ।
    नोट: माप में, नमूना समाधान में BCS एकाग्रता १,००० बार या अधिक घन (I) एकाग्रता करने के लिए समायोजित किया जाता है ।
  2. एक बेअसर समाधान (बफर सॉल्यूशन) तैयार करने के लिए ६० मिलीलीटर एसीटिक अम्ल (1 mol/L) और २५.२ मिलीलीटर विलयन (1 mol/L) से १२० मिलीलीटर शुद्ध जल जोड़ें ।
  3. अवशोषण माप सेल (ऑप्टिकल पथ लंबाई: 1 सेमी) में एक हलचल बार रखो और बेअसर समाधान और BCS समाधान के २१९ μL के २.५ मिलीलीटर में डालना ।
  4. समाधान नमूना चढ़ाना के 22 μL में मिक्स (चरण २.९) । 20 मिनट के लिए हलचल ।
    नोट: यह सुनिश्चित करने के लिए कि BCS का कार्य सामान्य है, नमूना समाधान के पीएच को मापा जाना चाहिए 4 से नीचे नहीं पड़ना चाहिए. BCS चुनिंदा सीयू (आई) के साथ एक जटिल रूपों । सीयू (I)-BCS जटिल दृश्य क्षेत्र में अवशोषण (४०० से ५५० एनएम), और बेअसर समाधान एक नारंगी रंग विकसित करता है (चित्रा 4) ।
  5. एक यूवी के साथ नमूना समाधान (३.४) के अवशोषण स्पेक्ट्रा उपाय (तरंग दैर्ध्य रेंज: 400-600 एनएम) (चित्रा 5e).
    नोट: कोई विवश माप तंत्र और शर्तों रहे हैं, और यह उन्हें एक प्रयोग श्रृंखला में समान बनाने के लिए वांछनीय है.
  6. घन की एकाग्रता की गणना (I) Lambert-बियर विधि का उपयोग कर:
    अ = εlग
    जहां एक अवशोषण, एल ऑप्टिकल पथ लंबाई है, ε मोलर अवशोषण गुणांक (BCS: १.२ × 104 पर ४८५ एनएम) है, और सी मोलर एकाग्रता (Mol/l) घुला हुआ है ।
    नोट: क्योंकि ऑप्टिकल पथ लंबाई 1 सेमी है, कोशिका में घन (I) एकाग्रता बस मोलर विलुप्त होने गुणांक से विभाजित absorbance है । १२५ अनुपात (बेअसर समाधान के साथ गुना कमजोर पड़ने) गुणा द्वारा प्राप्त मूल्य घन (I) चढ़ाना समाधान की एकाग्रता है ।

4. घन (मैं) और BCS रंग प्रतिक्रिया घटता का इंजेक्शन माप

  1. इंजेक्शन माप के लिए 20 मिनट से अधिक समय माप समारोह के साथ एक यूवी/विज़ स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करें । स्पेक्ट्रोमीटर एक सिरिंज बंदरगाह के साथ एक नमूना चैंबर कवर होना चाहिए (चित्रा 6 बाएँ) और एक थर्मोस्टेट सेल धारक के साथ एक विलोडक.
  2. अवशोषण माप के लिए 1 सेमी x 1 सेमी की एक वर्ग सेल का उपयोग करें । अवशोषण सेल में हलचल बार एस रखो ।
  3. सेल में ३.१ में तैयार किए गए bcs सॉल्यूशन के ३.२ और २१९ μl में तैयार किए गए बेअसर सॉल्यूशन की २.५ मिलीलीटर डालें । विलोडक घूर्णन गति को अधिकतम करें ।
  4. माप समय १,२७० s करने के लिए समय माप मोड में ४८५ nm पर सेट करें और प्रारंभ करें । एक मिनट शुरू करने के बाद, चढ़ाना समाधान नमूना (२.९) के चैंबर कवर के सिरिंज बंदरगाह से एक पिपेट के साथ 22 μL सुई । घन (I) और BCS का अभिक्रिया वक्र अधिगृहीत किया जाएगा (चित्र 6 दायां) ।

Representative Results

(मैं) चढ़ाना समाधान में घन की एकाग्रता (i)-2BCS chelate घन के ४८५ एनएम पर अवशोषण से निर्धारित किया जा सकता है । चित्रा 5 चढ़ाना समाधान है कि 0, 4, 6, 8 और 10 मिनट के लिए इलेक्ट्रोलिज्ड थे के अवशोषण स्पेक्ट्रा से पता चलता है । घन (I) एकाग्रता 0 से 10 मिनट इलेक्ट्रोलिसिस समय के आधार पर वृद्धि करने के लिए जाता है । हालांकि, समय-हल किए गए माप के परिणामस्वरूप, एक विलंब घटक BCS और Cu (I) के बीच प्रतिक्रिया में तात्कालिक घटक के अतिरिक्त दिखाई दिया । यह अवशोषण मान के सिग्नल-से-शोर अनुपात (S/N अनुपात) को कम करता है और घन (I) एकाग्रता के सटीक निर्धारण को रोकता है । यह (I) एकाग्रता का निर्धारण करने के लिए इंजेक्शन विधि का उपयोग करने के लिए बेहतर है, क्योंकि अवशोषण समाधान के इंजेक्शन के कारण अवशोषित में परिवर्तन समय अपघटन द्वारा मापा जाता है (चित्रा 6).

(I) चढ़ाना समाधान में धारण संरचना पर जानकारी प्रतिक्रिया वक्र के संख्यात्मक विश्लेषण द्वारा प्राप्त की है । सामान्य रूप में, घन (I) जल्दी से घन (II) एक जलीय समाधान में ऑक्सीकरण हो जाता है; लेकिन चढ़ाना समाधान में यह एक additive (विशेष रूप से खूंटी)14के साथ एक जटिल बनाने के द्वारा स्थिर माना जाता है । प्रतिक्रिया वक्र घन (आई) और BCS के केलेशन प्रक्रिया को दर्शाता है । प्रतिक्रिया वक्र एक घटक है कि चढ़ाना समाधान इंजेक्शन के बाद तुरंत बढ़ जाती है और एक घटक है कि धीरे मिनट के कई दसियों से अधिक बढ़ जाती है से बना है । इन घटकों का सुझाव है कि चढ़ाना समाधान में घन (मैं) के कई होल्डिंग संरचनाओं रहे हैं । घन (मैं) में शामिल चढ़ाना समाधान के लक्षण प्रतिक्रिया वक्र का विश्लेषण करके मूल्यांकन किया जा सकता है । यह मानते हुए कि सीसीएस के साथ घन (आई) की प्रतिक्रिया घन (i) एकाग्रता के संबंध में एक पहली आदेश प्रतिक्रिया है, हम अवशोषक की निम्नलिखित प्रतिक्रिया कैनेटीक्स प्राप्त:

At = A0 + AL [1 – exp (− t/TL)]

t माप की शुरुआत से समय है, A0 एक घटक है कि तुरंत प्रतिक्रिया करता है (t = 0 पर अवशोषण) और अल एक घटक है कि धीरे प्रतिक्रिया (पर-A0) से मेल खाती है । TL, AL घटक का समय स्थिरांक है । रंग प्रतिक्रिया वक्र अनुकरण करने के लिए, हम मूल विश्लेषण सॉफ्टवेयर (सॉफ्टवेयर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो सकता है) के लिए फार्मूला लागू13, 15। एक वक्र विद्युत समाधान के रंग प्रतिक्रिया के अवशोषण में परिवर्तन का अनुकरण चित्रा 7में दिखाया गया है । अनुकरण से, पैरामीटर (ए0, अल, TL) घन से संबंधित (I) संचय quantified हैं । इस अंक में सिमुलेशन परिणाम ए0 = ०.०५३, अल = ०.०९८, TL = १३.६ मिनट, और आर2 = ०.९९८ थे । चित्रा 8 (ग्राफ) भूखंडों चढ़ाना समाधान है कि अलग समय के लिए electrolyzed था में सिमुलेशन मान ए0 । हालांकि ए0 के मूल्य इलेक्ट्रोलिसिस के 4 मिनट तक बहुत परिवर्तन नहीं किया, एक वृद्धि इलेक्ट्रोलिसिस समय के लिए 6 मिनट से 10 मिनट के लिए देखा गया था ।

चढ़ाना एक तांबे सब्सट्रेट पर इलेक्ट्रोलिसिस समाधान के साथ 10 मिनट के लिए बाहर किया गया था के प्रभाव की जांच करने के लिए घन (मैं) इस तरह के खुरदरापन और morphology के रूप में तांबे चढ़ाना की गुणवत्ता पर । चित्रा 8 इलेक्ट्रोलिसिस समाधान के साथ जमा फिल्म सतह संरचना की SEM (स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) छवियों को दर्शाता है । 0 मिनट पर फिल्म संरचना और इलेक्ट्रोलिसिस चढ़ाना के 4 मिनट में लगभग अप्रभेद्य हैं । वहां रहे है ठीक कणों के कई दसियों के एक आकार के साथ घनी अधिशोषित नैनोमीटर और एक चिकनी सतह morphology । इलेक्ट्रोलिसिस चढ़ाना के 6 मिनट के बाद, वहां सतह पर कुछ सूजन है । इलेक्ट्रोलिसिस चढ़ाना के 10 मिनट के बाद, वहां एक बड़े chunky खुरदरापन है ।

Figure 1
चित्रा 1: सीयू (आई)-बीसीएस कॉम्प्लेक्स की संरचना और अवशोषण स्पेक्ट्रम । ताजा तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान और इलेक्ट्रोलिसिस समाधान । चूंकि घन (मैं) इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा चढ़ाना समाधान में जमा है, घन (आई) के अवशोषण स्पेक्ट्रम-BCS परिसर इलेक्ट्रोलिसिस चढ़ाना समाधान नमूना में मनाया जाता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: विद्युतीकरण प्रयोग (बाएँ) और इलेक्ट्रोलिसिस प्रयोग के प्रतिनिधि शर्तों के लिए उपकरण के योजनाबद्ध आरेख (दाएँ). कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्रा 3: भागों के संयोजन का चित्र प्रयोग में सक्रिय हो । कांच बीकर के लिए इलेक्ट्रोड प्लेट के साथ जिग संलग्न करें और यह बिजली की आपूर्ति करने के लिए कनेक्ट । (1) ऐक्रेलिक बीकर भाग फिक्सिंग, (2) धातु इलेक्ट्रोड भागों, (3) कॉपर प्लेट इलेक्ट्रोड (एनोड), और (4) प्लैटिनम प्लेट इलेक्ट्रोड (कैथोड). कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: घन (आई) का अवशोषण मापन । अवशोषण मापन प्रक्रिया (बाएँ) और नमूना समाधान की तस्वीरें (दाएँ). ताजा कॉपर सल्फेट चढ़ाना समाधान (नीला) और इलेक्ट्रोलिसिस समाधान (नारंगी) । घन (मैं) के बाद से इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा चढ़ाना समाधान में जमा है, यह इलेक्ट्रोलिसिस चढ़ाना समाधान नमूना में नारंगी रंग का है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: घन का अवशोषण स्पेक्ट्रा (आई)-इलेक्ट्रोलिसिस समाधान में BCS । इलेक्ट्रोलिसिस समय: (a) 0, (b) 4, (c) 6, (d) 8, और (e) 10 min. घन के अवशोषण के बाद से (i)-BCS आमतौर पर इलेक्ट्रोलिसिस समय के रूप में बढ़ जाती है, यह माना जाता है कि चढ़ाना समाधान में संचित घन (i) की मात्रा बढ़ जाती है । यह आंकड़ा Koga एट अल २०१८15के चित्रा 2 का एक संशोधन है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्र 6: इंजेक्शन माप । वाम: चैंबर कवर की तस्वीर । कोशिका के शीर्ष पर एक सिरिंज बंदरगाह है; वहां एक पिपेट डालें और नमूना समाधान इंसेक्ट करें । सही: चढ़ाना समाधान जो 10 मिनट के लिए १.० A पर इलेक्ट्रोलिज्ड था की प्रतिक्रिया वक्र । इंजेक्शन और कोमल वृद्धि के तुरंत बाद अवशोषण में तेजी से वृद्धि स्पष्ट रूप से मनाया जाता है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: चढ़ाना समाधान के अवशोषण का अनुकरण (१.० A, 10 min) । Equation : मापा बिंदु, ठोस लाइन: फिटिंग वक्र । यह आंकड़ा Koga एट अल. २०१८15के चित्रा 4 का एक संशोधन है । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 8
चित्रा 8: निक्षेपण बनाम इलेक्ट्रोलिसिस समय. ग्राफ सामान्यीकृत अवशोषण फिटिंग मापदंडों इलेक्ट्रोलिसिस समय, ए0 के खिलाफ साजिश रची जाती हैं । चित्र SEM चित्र चढ़ाना फिल्म की सतह है कि प्रत्येक इलेक्ट्रोलिसिस समाधान में जमा किया गया (बार ऊपर चित्रों इलेक्ट्रोलिसिस टाइंस रहे हैं) । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

चित्रा 2 योजनाबद्ध इलेक्ट्रोलिसिस प्रयोग के लिए एक प्रणाली से पता चलता है । जिग एक आदेश दिया आइटम है, जो एक एक्रिलिक भाग के होते है के लिए यूरिन और प्लेट संलग्न के लिए धातु भागों और बिजली की आपूर्ति के साथ जोड़ने के लिए तय हो । इस तंत्र के द्वारा, प्लेटों का विसर्जन क्षेत्र स्थिर हो जाता है, और वर्तमान मूल्य और वर्तमान घनत्व के बीच संबंध स्थिर रखा जाता है । हमारी स्थितियों में, विसर्जन 4 सेमी x 2 सेमी है, और वर्तमान घनत्व 1 A के वर्तमान के साथ ६२.५ mA/cm2 होगा । घन (I) के संचय की प्रक्रिया में, एक तांबे की प्लेट ऐनोड से जुड़ी होती है और एक प्लैटिनम प्लेट कैथोड से जुड़ी होती है । आदेश में घन (मैं) के संचय दक्षता बढ़ाने के लिए, यह पहले से नाइट्रोजन गैस के साथ चढ़ाना समाधान deoxidize करने के लिए बेहतर है ।

घन की मात्रात्मक माप (I) एक सरल प्रक्रिया होती है । सेल में बेअसर समाधान और BCS समाधान डालो और चढ़ाना समाधान (चित्रा 4) मिश्रण । यह करने के लिए अधिक से अधिक 20 मिनट के लिए हलचल आवश्यक है घन (मैं) और BCS पर्याप्त प्रतिक्रिया । इस प्रतिक्रिया को पर्याप्त रूप से आगे बढ़ाने से माप की सटीकता सुनिश्चित करने के लिए है । यदि घन (मैं) चढ़ाना समाधान में निहित है, नमूना समाधान नारंगी और एक अवशोषण ४८५ एनएम पर एक चोटी होने स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है प्रकट होता है । जटिल गठन के कारण समाधान रंग में परिवर्तन नाटकीय और कई तांबे चढ़ाना तकनीशियनों आश्चर्यचकित थे ।

यह पुष्टि की है कि घन (मैं) समाधान में जमा हो जाती है जब एक मौजूदा तांबे सल्फेट चढ़ाना समाधान के माध्यम से पारित कर दिया है (चित्रा 5) । अवशोषण स्पेक्ट्रम घन (आई) के आकार से पता चलता है-BCS परिसर, जो ४८५ एनएम पर अवशोषण से घन (i) एकाग्रता की गणना के लिए उपयुक्त है । यद्यपि वर्तमान मान मनमाना है, घन (I) शायद ०.२ A के वर्तमान मान पर संचित है, और एक उच्च वर्तमान मान की आवश्यकता है । हालांकि घन की संचय राशि (I) इलेक्ट्रोलिसिस समय के साथ वृद्धि करने के लिए जाता है, यह अत्यधिक वर्तमान (उदाहरण के लिए, १.० पर 10 मिनट से अधिक के लिए इलेक्ट्रोलिसिस) से संतृप्त है । घन की संचय राशि (I) 10 मिनट के लिए इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा वृद्धि हुई है जब वर्तमान मूल्य ०.५ से १.० एक14था । जब एक अत्यधिक वर्तमान (उदाहरण के लिए, १.० पर एक 20 मिनट के लिए) प्रवाहित, घन (I) एकाग्रता में कमी आई । यह अनुपातहीन प्रतिक्रिया की प्रगति के कारण तांबे के कणों के गठन से संबंधित माना जाता है ।

चढ़ाना समाधान में घन (I) और BCS की प्रतिक्रिया एकाधिक समय घटक है, जो अक्सर एकाग्रता का सही निर्धारण मुश्किल बना दिया है । इस समस्या को हल करने के लिए, एक इंजेक्शन माप वांछनीय है (चित्रा 6) । इस माप में, घन (I) की अवशोषण तीव्रता-BCS परिसर चढ़ाना समाधान के इंजेक्शन से पहले आधार रेखा से एक बदल राशि के रूप में प्राप्त की है, तो यह और अधिक सही ढंग से निर्धारित किया जा सकता है । इसके अलावा, के बाद से प्रतिक्रिया वक्र बस संख्यात्मक विश्लेषण किया जा सकता है, एकाग्रता उच्च सटीकता के साथ ज्ञात किया जा सकता है, भले ही प्रतिक्रिया पूर्ण नहीं है. प्रतिक्रिया वक्र के घटक चढ़ाना समाधान14में घन (मैं) की अवधारण संरचना को प्रतिबिंबित करने के लिए लगा रहे हैं ।

यह महत्वपूर्ण है के लिए घन के धारण संरचना मॉडल (मैं) पर जोर के खिलाफ चढ़ाना समाधान में है कि घन (i) चढ़ाना स्नान में तात्कालिक oxidizes घन (द्वितीय) । हम वर्तमान राशि, गठन, और घन (मैं) के संचय की विशेषताओं के विश्लेषण से निंनलिखित मॉडल का प्रस्ताव । घन (आई) के एक भाग को तांबे की प्लेट से निकाला जाता है, एक घन (i)-खूंटी परिसर के रूप में विलयन में रखा जाता है । जटिल गठन के प्रारंभिक दौर में, क्लोराइड आयन के लिए एक अस्थाई स्थिरता के रूप में एक भूमिका निभाने के लिए लगा रहे है घन (I)6,8। घन (I) खूंटी के लिए समंवित तीन आयामी संरचना के अंदर शामिल किया गया है, और यह एक जलविरागी वातावरण में है । जब घन (i) के गठन को बढ़ावा दिया है, अतिरिक्त घन (i) खूंटी की सतह के लिए समंवित है और तरल के आसपास के क्षेत्र में हो सकता है । चूँकि सीयू (आई) सतह पर बीसीएस के साथ तुरंत प्रतिक्रिया करता है, इसलिए यह अभिक्रिया वक्र के ए0 घटक को प्रतिबिंबित करेगा । के बाद से (I) खूंटी के अंदर घन BCS हमले से सुरक्षित है, यह एक धीमी गति से अल घटक है । यह बताया गया है कि ए0 घटक मुख्य रूप से चढ़ाना फिल्म15की गुणवत्ता को प्रभावित करता है । यह जानकारी चढ़ाना समाधान के प्रबंधन के लिए महत्वपूर्ण है ।

चढ़ाना समाधान की निंदा में तेजी लाने और संचित घन (I) एकाग्रता और धारण संरचना की पुष्टि करके, यह स्पष्ट रूप से चढ़ाना समाधान की विशेषता के लिए संभव है । यह न केवल चढ़ाना प्रक्रिया को समझने के लिए, लेकिन यह भी चढ़ाना फिल्म की गुणवत्ता की भविष्यवाणी के लिए उत्पादन किया जा महत्वपूर्ण है । SEM छवि के सत्यापन से, यह दिखाया गया था कि घन (I) एकाग्रता, विशेष रूप से ए0 घटक, दृढ़ता से चढ़ाना फिल्म के खुरदरापन की पीढ़ी में शामिल है (चित्रा 8) । घन पर साइट माप (मैं) स्नान चढ़ाना के प्रबंधन के लिए नए संकेत देता है ।

इस शोध के लिए ऑप्टिकल माप के आधार पर चढ़ाना स्नान के प्रबंधन में योगदान कर सकते हैं । हम एक प्रणाली है कि समय पर और सीटू में उत्पादन लाइन पर चढ़ाना स्नान की स्थिति का मूल्यांकन कर सकते है विकसित करने के उद्देश्य ।

Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम इस शोध के लिए अपने महान योगदान के लिए याद आती है ।

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

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References

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Koga, T., Sakata, Y., Terasaki, N. Accumulation and Analysis of Cuprous Ions in a Copper Sulfate Plating Solution. J. Vis. Exp. (145), e59376, doi:10.3791/59376 (2019).

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