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  • 전기화학증착 레포트
    전기화학증착 레포트
    전자소재실험실험제목Copper strip test실험목적Electrochemical deposition을 통해 기판위에 박막을 증착시키고 박막의 두께를 구하고 내부응력을 측정 하기 위함이다.실험 이론전기화학적 증착(Electrochemical deposition)전기 화학적 증착은 원하는 금속 이온 또는 화학적 복합체를 포함하는 용액의 간단한 전기 분해에 의해 금속, 산화물 또는 염의 얇고 단단히 부착된 원하는 코팅을 산화환원반응을 통해 전도체 기판의 표면에 증착 할 수 있는 과정이다.양극과 음극의 두 전극을 전해액에 담그고, 이 과정에서는 전극 및 전해질 재료 선택은 매우 중요하다. 잘못된 물질이 존재하면 발생하는 전기 화학적 반응이 원하는 전기 화학적 증착을 하지 못 할 수 있다.패러데이 법칙(Faraday’s law)전기 분해할 때 cation은 cathode로, anion은 anode로 이동해 환원과 산화반응이 일어난다. 이를 통해 생성된 물질은 기체가 되어 방충 또는 고체가 되어 침전물을 형성한다. 생성되는 침전물의 양은 cathode나 anode의 기하학적 모양 또는 전해질 농도와 무관하고 전해질을 통과하는 전하량에 의존한다. 따라서 생성된 침전물과 전해질을 통과한 전하량 사이의 정량적인 관계를 나타낸 것이 faraday’s law of electrolysis이다.(m=침전물 질량, M=몰질량, Q=전달된 전하 총량, z=분자당 전하 수 F=패러데이 상수)WA : mass (g), I : Currnet (A), t : Time (Sec)MA : molar mass (g/mol), F : Faraday constant (C/mol), z : valency number of ionsF=(9.648670±0.00016)×104C/molFaraday’s efficiencyStoney formula approximationStoney의 분자 박막에서 생성된 표면 응력을 정량화하는데 사용된다.R :곡률반경 E 는 탄성계수 , t 는 캔틸레버의 두께, σ 는 생성된 표면 응력박막의 내부응력박막이 형성되는 도중에 응력이 발생해 축적을 하는데 이것을 잔류응력이라고 부른다. 잔류응력은 박막 형성 직후에 혹은 그 박막이 사용되는 도중에 박막이 벗겨져버리거나 파편이 되어 떨어져 나오는 등 문제를 발생시키게 되는데 박막의 경우는 열처리등을 통해서 응력제거가 쉽지 않다.내부 응력발생 요인들 중에는 박막형성시 불순물의 존재, 스퍼터링된 원자들이 위치하는 자리가 정확하지 못하고 어긋남에 따라 생기는 격자불일치나 전위, 박막이 성장하는 동안에 생기는 상변화, 결정립 성장에 의한 팽창이나 수축 등이 있다. 응력들이 박막에 어느 방향으로 어떻게 형성되는가에 따라 Tensile과 Compressive로 나누어진다.Copper strip test(compressive stress) (tensile stress)*실험에서는 도금 효율 100%로 가정 후 thickness 측정한다. S는 단위를 환산하여 MPa 값으로 구한다.MSDS분자명Nickel sulfate분자량262.84물리적특성끓는점 : 103℃. 녹는점 : 53℃ 비중(물=1) : 2.07 pH: 4~6특징흡습성으로 습기찬 공기 중에서 6수화염이 된다청록색, 무취로 결정의 형태로 존재상온 및 압력에서 안정적주의사항폐기물관리법에 명시된 경우 규정에 따라 내용물 및 용기를 폐기할 것.고온에서 분해되어 독성가스를 생성할 수 있음가열시 용기가 폭발할 수 있음접촉 시 피부와 눈에 화상을 입힐 수 있음화재시 자극성, 독성 가스를 발생할 수 있음석면의 흡입은 폐에 손상을 줄 수 있음일부 액체에서 현기증 및 질식을 유발하는 증기를 발생할 수 있음분자명Boric acid (H3BO3)분자량61.8물리적특성끓는점 : 자료 없음. : 171℃ 비중(물=1) : 1.4특징무색 투명하거나 또는 백색 광택을 가진 인편상의 결정으로서 냄새는 없으며, 특유한 맛이 약간 남.물에는 아주 서서히 녹으나, 알칼리 수용액에는 잘 녹는다.주의사항분진․흄․가스․미스트․증기․스프레이의 흡입을 피하시오. 옥외 또는 환기가 잘 되는 곳에서만 취급해야 함.안전한 저장방법 용기는 환기가 잘 되는 곳에 단단히 밀폐하여 저장할 것. 강염기류와 격리하여 저장할 것분자명황산(H2SO4)분자량98.1물리적특성끓는점 : 340℃. 녹는점 : 10℃ 비중(물=1) : 1.8특징흡습성 액체. 냄새가 없음강력한 산화제이며 격렬하게 연소가능한 환원성 물질과 반응한다.강산으로서, 염기와 격렬하게 반응하며, 발화성, 폭발성 가스(수소)를 형성하는 대부분의 금속에 부식성을 나타낸다주의사항폐수종 증상은 종종 몇시간이 지나도 뚜렷이 나타나지 않으며 육체적 노동에 의해 악화됨. 휴식을 취하 고 의료검진을 받아야 함. 이 물질에 절대로 물을 붓지 말 것; 용해 또는 희석시에도 물에다 이 물질을 서서히 가하는 방식을 취할 것. 부식에 저항성이 있는 바닥이 있는 곳에 보관할 것실험과정: 실험방법Nickel surfate 1M용액과 Boric acid 0.3M 용액을 섞어 pH 3 용액을 만든다.Copper strip을 H2SO4, NaOH , DIW 에 순서대로 세척을 해준다.Copper strip을 Jig에 위치를 고정시킨 후, 용액에 담근다.1µm 증착시키 위해 Current density가 100mA/이고 Copper strip 양쪽면의 넓이의 합이 7.5이므로 750mA의 전류를 29초동안 가해주면 된다.증착이 완료되면 Copper strip을 건조시킨 후 벌어진 정도를 확인하고 stress를 계산해준다.전류를 바꿔주면서 stress변화의 경향성을 확인한다.실험결과:Current density (mA/)Stress (MPa)10 mA/113.84 MPa (U=6.5)50 mA/140.11 MPa (U=8)100 mA/192.65 MPa (U=11)박막 증착 두께 계산 / 내부 응력 계산Where; t: thickness of deposit (inch)---1µm , ∆m: weight gain (gram), D: density of nickel 8.9 g/cm3), A: area (7.5cm2 ), S: stress (psi), U: number of increments, K: strip constant (0.3 psi × inch).Psi >> Mpa : 0.0068947161 inch= 2.54 cm계산 과정● 1 μm를 증착시키기 위해 필요한 시간, V = (1X10^-4 cm X 7.5 cm^2 ) = 7.5 X 10^-4 cm^3,, Wa = (8.9 g/cm^3) X (7.5 X 10^-4 cm^2) = 6.675 X 10^-3 g위의 값을 을 이용해 t에 대해 정리하고 대입.Time =(6.675 X 10^-3) g X (2) X (9.65X10^4) c/mol / (0.75 A X 58.7) g/mol = 29.3 s, -> L / 2.54 = 1 X 10^-4 / 25.4 = 3.94 X 10^-5 inch공식 대입. S =6.5 X 0.3(psi X inch) / 3 X (3.94 X 10^-5) inch X (0.006875 MPa /psi) = 113.84 MPa토의Current density가 커질수록 stress의 값이 커지는 것을 볼 수 있다. 이것은 커진 Current density로 인해서 빨리 증착이 되가 때문에 그만큼 stress가 많아진다고 볼 수 있다.Copper strip의 2개의 도금면이 똑같은 너비로 벌어져야 하는데 똑같이 벌어지지 않았다. 처음에 도금할 때 Copper strip의 2개의 면이 완전히 대칭이 맞지 않았고 양쪽면에 똑같은 Current가 흐르지 않았기 때문이다.실제로는 Current efficiency는 100%가 될 수 없기 때문에 계산을 통해 나온 Stess값은 실제 Stess값과 오차가 있을 것이다.실험을 한 번만 하였고 deposit stress analyzer를 육안으로 관찰하였기 때문에 결과값이 정확하다고 보기 힘들다. 여러 번의 실험을 통해 평균값을 구하면 실험의 정확성을 올릴 수 있다.
    공학/기술| 2020.12.23| 6페이지| 1,500원| 조회(379)
    태그 박막, 전자소재, 내부응력
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