Elektrokémiai fémleválasztás. Felületi érdesség: definíciók, mérési módszerek és érdesség-változás a fémleválasztás során

Átírás

1 Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség: defiíciók, mérési módszerek és érdesség-változás a fémleválasztás sorá Péter László Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 1 Defiíciók A felületi érdességgel kapcsolatos defiíciók sík felületet veszek alapul. Közpoti fogalom a felület középsíkja, amitől a felület potjaiak átlagos távolsága ulla. Két fő defiíció: átlagos felületi durvaság (average roughess, R a ) és égyzetes durvaság (root-mea-square roughess, R q, ill. gyakra w): 1 Ra R q i1 1 h h i 2 h i h i1 : mérési potok száma h i : adott pot távolsága egy tetszőleges, de a középsíkkal párhuzamos felülettől mérve h: a középsík távolsága a vele párhuzamos viszoyítási síktól (Vegyük észre az abszolút érték jel és a égyzetre emelés szerepét az átlagolásokba, valamit az R q érték aalógiáját a statisztikai számításokba a stadard deviáció származtatásával.) Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 2

2 Voalmeti és felületi mérése alapuló becslések felületi érdességre voatkozóa Ha a mért függvéybe a magasságot jelző adatok egy egyees meti mitavételezés eredméyei: h(x), akkor voalmeti becslést lehet adi a felületi érdességre. Módszerek: - keresztmetszeti vágat (csiszolat) meté vett magasság-eloszlás - profilométerek egyes típusai - eleve kis vastagságú övesztés sorá kialakuló réteg magasság-eloszlása, ahol a mélységi ihomogeitástól eltekitük (pl. ige keskey elektrokémiai cella) - felületi magasság-eloszlási képek voalmeti metszetei Ha a mért függvéybe a magasságot jelző adatok egy felület meti mitavételezés eredméyei: h(x,y), akkor felület meti becslést lehet adi a felületi érdességre. Módszerek: - optikai profilométerek egyes típusai - atomerő mikroszkóp (v. erőmérő atommikroszkóp, atomic force microscopy, AFM) - egyes kofokális optikai mikroszkópok Közös voások: átlagtól való eltérés (egyeestől vagy felülettől), átlagolás az össze mérési potra Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 3 Felületek leképezéséek mérési elvei: Profilometria Profilometria: Ma már jellemzőe optikai elve működő módszer. A felületre bocsátott koheres féysugár visszaverődéséek az eredeti sugárral létrejövő iterfereciájából számolható a felület távolsága egy adott síktól. Mérési határok: Laterálisa: voalmeti elredezésbe cm-es, felületi elredezésbe cm 2 -es agyságredet átfogi képes módszer. Magasság meté: Jellemzőe a féysugár kohereciahossza a mérés felső elvi korlátja. (Ritká jobb mit éháy tíz m.) Mérési potosság: a redszer stabilizációjától függőe akár aométeres is lehet (rezgésmetes kialakítás alapvető!). Korlátok: A potméretet a fókuszálás korlátai jeletik. A vizsgált felületek és a beeső sugárak közel merőlegesek kell leie. Ferde felület eseté a visszavert sugár em kerül be az optikai redszerbe, így iterferecia az eredeti sugárral em is jöhet létre. Ilyekor a leképezés hirtele folytoossági hiáyokat mutat (pl. hosszú ferde lépcsős ugrásál). Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 4

3 Felületek leképezéséek mérési elvei: Tűszodás módszerek (főleg AFM) Az AFM készülék működési elve: AFM sample stage: mitaasztal Sample: a vizsgált mita Laser: megvilágító lézerféy forrás 4 quadrat photo detector: égyszegmesű félvezető fotodetektor Cateliever: a tű rugalmas tartókarja A felület meté mozgatott tű atomi szitű elhajlását a tartókaro visszaverődő lézersugár több cm hosszú féyútja segítségével lehet mérhető agyságúra agyítai. Balra: AFM tű pásztázó elektromikroszkópi képe két ézetbe Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 5 Felületek leképezéséek mérési elvei: Tűszodás módszerek (főleg AFM) Az AFM tipikus erő-távolság görbéje és az egyes tartomáyokak megfelelő mérési módok: Mért erő agyságredje: N Mérési határok: Tipikus laterális pásztázási tartomáy: 1-50 m, jellemzőe álladó felbotással (pl. 256x256 mérési pot) Magasság meté: Jellemzőe mikrométeres vagy aál kisebb tartomáy. Korlátok: A tű hegyessége (görbületi sugara és az oldalfal állásszöge) behatárolja a mérhető legkisebb üreg és kiemelkedés méretét, valamit a még megmérhető falmeredekséget. Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 6

4 A felületi leképezések módszereiek közös voásai Mide felületvizsgáló módszer egyiráyú: visszahajló felületi alakzat leképezése em lehetséges: áryékjeleség! Ez adja például a keresztmetszeti vágatok vizsgálatáak létjogosultságát. leképezhető felület em leképezhető felület A vizsgálati módszertől függetleül két jeleség miatt lehet szükség korrekcióra: - A vizsgált felület és a referecia felület ritká párhuzamos. Jellemzőe az alkotott kép középsíkját meg kell keresi és a képet digitálisa visszabilletei sík helyzetbe. - A vizsgált felületek lehet görbülete. Kis görbületek digitális úto törtéő kisimítását az alkalmazott kiértékelő szoftverek már redre felajálják. Eze túl: egyedi hibákból adódó tűszerűe kilógó potokat ugyacsak szűri kell. Korlát még: ex situ módszerek csak végállapotot látak. Folyamatos felületváltozás mérés csak i situ módszerrel megy (keskey cellák létjogosultsága). Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 7 Növekedési módok osztályozása felületi érdesség-változás szempotjából A felületről alkotott kép és a felületi érdesség függ attól, hogy mekkora laterális tartomáyból származak az adatok. Érdemes a kapott közepes égyzetes durvaságot mit a vizsgált tartomáy méretét tekitei. E szempotból két alapvető felületi viselkedést külöböztetük meg: Normális skálázás: Aomális skálázás: w(l,t) l H w(l,t) t β ha l<< l c ha l >>l c w(l,t) l H t βloc w(l,t) t β+βloc ha l<<l c ha l>>l c Itt w(l,t) a égyzetes durvaságot mit a vizsgált tartomáy méretét (l) jelzi, és egybe azt, hogy a redszer időfejlődéséről kíváuk számot adi (t). A ormális és aomális skálázás egyarát előfordul, a megevezések pedig esetlegesek, így a ormális em jelet átlagosat és az aomális em jelet kirívót. Midkét esetbe l C jeleti azt a tartomáy agyságot (ill. aak lieáris jellemzőjét), ami felett választva a vizsgált redszer méretét a telítési durvaság értéket kapjuk (kritikus méret). A két övekedési mód fő külöbsége: változik-e a kiidulási sík felülettel bezárt emelkedési szög a övekedés sorá? Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 8

5 Gyakorlati példa ormális és aomális skálázásra: Cu leválasztás két esete Normális skálázás A felület érdességéek alakulása a mérési skála függvéyébe külöböző mitavastagságokra: Aomális skálázás w(l,t) l H ha l<< l c w(l,t) l H t βloc ha l<<l c w(l,t) t β ha l >>l c w(l,t) t β+βloc ha l>>l c Fókuszált iosugaras mitaporlasztás utá a leválasztott rétegekről kapott keresztmetszeti képek: Forrás: M. C. Lafouresse, P. J. Heard, W. Schwarzacher, Phys. Rev. Lett. 98 (2007) (1-4) Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 9 A felület érdesség és más mitasajátságok lehetséges kapcsolatai Forrás: V. Darrort, M. Troyo, J. Ebotht, C. Bissieux, C. Nicolli, Thi Solid Films 265 (1995) Álladó áramsűrűsége leválasztott ikkel felületi durvasága és a felület reflektivitása mit a fürdő ph-jáak függvéye. (Ne felejtsük, hogy a látszólag álladó körülméyek elleére a szemcseméret is változik a ph-val!) Elektrokémiai fémleválasztás Felületi érdesség fogalomköre és az érdesség változása fémleválasztás sorá - 10