Simultane elektrochemische und strukturelle in situ Untersuchungen der elektrolytischen Abscheidung am Beispiel von Blei und Blei-Zinn-Legierungen
Final Report Abstract
Die in-situ Kombination von elektrochemischen Messungen und Mikrostrukturuntersuchungen stellt eine wesentliche Möglichkeit zur Aufklärung des Zusammenhanges zwischen den Entstehungsbedingungen elektrolytischer Schichten und deren Mikrostruktur dar. Dieses Wissen ist die Grundlage für die Herstellung von Schichten mit gewünschter Mikrostruktur und Eigenschaften. Im Rahmen des Forschungsprojektes erfolgte eine Beschreibung der auftretenden Phänomene bei der Abscheidung von Blei, Zinn und bei der Ko-Abscheidung von Blei und Zinn, zu denen die systematische Veränderung der Vorzugsorientierung der Kristallite, die unterschiedlich ausgeprägte Erholung und Migration der Mikrostrukturdefekte und folglich die Bildung unterschiedlicher Oberflächenmorphologien gehören. Ein besonderer Aspekt der simultanen Abscheidung von Blei und Zinn war die Beeinflussbarkeit der Mikrostrukturmerkmale der abgeschiedenen Schichten durch das [Pb]/[Sn]-Verhältnis. Das Hauptziel der Arbeiten bestand darin, einen Beitrag zur Aufklärung • der Korrelation zwischen den Kennwerten der Mikrostrukturevolution (Vorzugsorientierung, Größe und Form der Kristallite, lokale Gitterdeformation, Oberflächenmorphologie, sowie das Wechselspiel dieser Kennwerte) und den Charakteristika der elektrochemischen Messungen, wie z.B. Stromdichte, Potential, Überspannung, Ladungstransfer, Massentransport, und • des Zusammenhanges zwischen den Abscheidungsbedingungen und der Mikrostrukturentwicklung zu leisten. Zur Erreichung des oben genannten Zieles wurden zunächst umfangreiche ex-situ (vorwiegend zum ersten Punkt) und in-situ Voruntersuchungen (vorwiegend zum zweiten Punkt) an dem Modellsystem der Kupferabscheidung aus einem einfachen schwefelsäurebasiertem Elektrolyten durchgeführt. Die Untersuchung der Mikrostruktur der galvanisch abgeschiedenen Kupferschichten, ex-situ wie auch in-situ, belegten den vermuteten starken Einfluss der elektrochemischen Parameter, wie das elektrochemische Potential, auf die Entwicklung der Mikrostruktur, wie die Form und Textur der Kristallite sowie die Oberflächenmorphologie der Schichten. Weiterhin haben diese Experimente wichtige Informationen über das Wechselspiel zwischen den Parametern des Abscheidungsprozesses, der Ausbildung, Migration und Erholung der Mikrostrukturdefekte und der Morphologie der Kristallite und der Oberflächen der galvanischen Schichten geliefert. Zugleich wurden am Modellsystem Kupfer elektrochemische Abscheide- und Messmethoden sowie mikrostrukturanalytischen Methoden weiterentwickelt, die später für die Herstellung und Mikrostrukturcharakterisierung von weiteren (Pb, Sn) und komplexeren (Pb-Sn) Systemen genutzt wurden.
Publications
- Mikrostrukturausbildung elektrochemisch abgeschiedener Kupferschichten, in B. Wielage (Hrsg.): Werkstoffe und Werkstofftechnische Anwendungen 24 (2006) 251 – 256, ISSN: 1439-1597
K. Kremmer, G. Schreiber, M. Masimov, V. Klemm, D. Rafaja, O. Yezerska, M. Schneider
- Mikrostrukturentwicklung elektrochemisch abgeschiedener Kupferschichten, Werkstoffwissenschaftliches Kolloquium des Institutes für Werkstoffwissenschaft, TU Bergakademie Freiberg, 16.01.2006
K. Kremmer
- Interplay between the deposition mode and the microstructure in electrochemically deposited Cu thin films, Thin Solid Films 515 (2007) 6698-6706
K. Kremmer, O. Yezerska, G. Schreiber, M. Masimov, V. Klemm, M. Schneider, D. Rafaja
- Microstructure formation in electrochemically deposited copper thin films, Mat.-wiss. U. Werkstofftech. 38 (2) (2007) 121-124
K. Kremmer, O. Yezerska, G. Schreiber, M. Masimov, V. Klemm, M. Schneider, D. Rafaja
- Interplay between the deposition potential and the microstructure of electroplated lead layers, Electrochemistry - Crossing boundaries, October 6th - 8th, 2008, Giessen
K. Kremmer, G. Schreiber, M. Schneider, D. Rafaja
- Elektrochemische und mikrostrukturelle Untersuchungen von Blei-Zinn-Schichten, Werkstofftechnisches Kolloquium, 1.-2.10.2009, Chemnitz
K. Kremmer, G. Schreiber, M. Schneider, D. Rafaja
