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 ।
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 ।
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 ।
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 ।
The authors have nothing to disclose.
हम इस शोध के लिए अपने महान योगदान के लिए याद आती है ।
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 |