建立了側(cè)向流下局域電沉積（LECD）仿真模型,對(duì)電沉積過程中銅離子的遷移與沉積形貌的形成過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)沉積反應(yīng)前期在流域中央形成中央峰,之后沉積形貌不對(duì)稱度增大,在中央峰上靠近上游側(cè)逐漸形成一個(gè)前置峰。離子濃度分布結(jié)果說明中央峰主要是由陽極下方銅離子的沉積形成,前置峰則是由側(cè)向流帶來的銅離子沉積形成的。此外,增大側(cè)向流的流速會(huì)加速前置峰的形成,并使其位置向下游移動(dòng)。增大陰陽極間電壓會(huì)導(dǎo)致前置峰更靠近上游,使不對(duì)稱沉積提前發(fā)生。增大陰陽極間距會(huì)使模型區(qū)域內(nèi)的沉積厚度明顯增加,前置峰位置更靠近下游,并推遲不對(duì)稱沉積現(xiàn)象的出現(xiàn)。采用側(cè)向流輔助LECD有望為異形微形貌和微結(jié)構(gòu)的制備提供新方法。 

【文章來源】：電鍍與涂飾. 2020,39(15)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

側(cè)向流中局域電沉積的模型

當(dāng)側(cè)向流速為1 500μm/s、陰陽極間電壓為2.1 V時(shí)，在距離30μm的陰陽極之間，沉積形貌隨時(shí)間變化的結(jié)果如圖2所示。0～6 ms內(nèi)，位于中游的沉積層快速生長形成中央峰。中央峰高度在6 ms時(shí)達(dá)到79 nm。此時(shí)，中央峰最高處位于流域中央，沉積形貌對(duì)稱。隨后，中央峰左側(cè)出現(xiàn)持續(xù)增高的前置峰。到27 ms時(shí)，前置峰與中央峰高度均達(dá)到158 nm。之后，前置峰頂左移現(xiàn)象更加明顯，而中央峰逐漸停止生長。時(shí)長達(dá)到100 ms時(shí)，流域內(nèi)形成階梯形沉積形貌，前置峰的高度達(dá)到360 nm，前置峰與模型中央的水平距離增大到87μm。對(duì)比無側(cè)向流時(shí)的沉積形貌[3,5,19]可知，側(cè)向流的影響十分顯著，對(duì)稱模型下的對(duì)稱沉積形貌被破壞。為了定量分析側(cè)向流對(duì)沉積形貌對(duì)稱性的影響，如圖3所示，引入?yún)?shù)λ來表示沉積形貌的不對(duì)稱度，其計(jì)算式如式(5)所示。

陰極附近銅離子的濃度與沉積形貌密切相關(guān)。圖4展示了側(cè)向流速為1 500μm/s時(shí)陰極附近的銅離子濃度變化。前6 ms內(nèi)，陰極附近的銅離子濃度均超過800 mol/m3。中游區(qū)靠近陰極的銅離子濃度明顯高于上游區(qū)和下游區(qū)濃度，其最大值達(dá)到1 258 mol/m3。這表明在電場作用下，陰極表面聚集了大量銅離子參與沉積，該過程中沉積主要受電場控制，側(cè)向流作用幾乎可以忽略。然而，6～12 ms內(nèi)中游區(qū)銅離子濃度迅速下降，甚至低于上游區(qū)和下游區(qū)的濃度。這表明中游區(qū)銅離子的消耗大于側(cè)向流對(duì)銅離子的補(bǔ)充。12 ms后，陰極中央形成銅離子的耗盡區(qū)，且該區(qū)域以不同速率向兩側(cè)擴(kuò)張。這意味著中游區(qū)不再有銅離子參與沉積，于是中央峰幾乎停止生長。由側(cè)向流帶來的更多銅離子在上游區(qū)沉積，導(dǎo)致了前置峰快速生長。由于在真實(shí)條件下很難在微米尺度的窄通道內(nèi)形成高速側(cè)向流，離子沒有足夠的動(dòng)能到達(dá)中游區(qū)，離子耗盡區(qū)的產(chǎn)生往往難以避免，因此側(cè)向流中的銅離子只能在上游區(qū)沉積，最終形成不對(duì)稱的沉積形貌。圖4 不同時(shí)刻陰極附近的銅離子濃度


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