ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕМПЛАТИРУЕМОГО ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ВИСМУТА НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ ИЗ ВОДНО-ЭТИЛЕНГЛИКОЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
*, **, *
*ОГиВ, **ОСВ
В наноэлектронике широко используются наноразмерные структуры из висмута и других неблагородных металлов - двумерные (тонкие пленки) или одномерные (нанонити). Однако электроосаждение таких структур, в особенности получение цилиндрических квазиодномерных объектов (нанонитей) в твердых матрицах, связано с рядом проблем. В частности, при темплатируемом осаждении наноструктур необходимо и обеспечить устойчивость подложки и/или матрицы в электролите, и достичь максимально возможного структурного совершенства осаждаемого металла при минимальном содержании неметаллических примесей. Поэтому не удается использовать классические для гальваники «рецепты» и стоит задача оптимизации потенциостатического осаждения из «щадящих» электролитов, совместимых со всеми компонентами системы. Применение сильно кислых и щелочных электролитов исключается вследствие быстрой деструкции матрицы, а в нейтральных средах возможен гидролиз ионов осаждаемого металла. С учетом всех этих факторов осаждение следует проводить из растворителей с органическими добавками (комплексообразователями и со-растворителями). Однако их электрохимические свойства изучены недостаточно, а само присутствие органических веществ и в особенности интермедиатов их электрохимических превращений может существенно и не всегда предсказуемо влиять на кинетику осаждения, микроструктуру формирующегося металла и его выход по току при разных потенциалах осаждения.
В качестве основного способа получения пленок висмута на сплошных металлических подложках применяли потенциостатическое электроосаждение с кулонометрическим контролем количества осаждаемого металла. Таким способом из водно-этиленгликольного электролита получены пленки Bi на плоских подложках из меди и золота, термически напыленных на кремний (в том числе с подслоем из хрома и титана), и нанонити в порах матрицы при перенапряжениях 50 – 200 мВ. Полученные структуры исследованы и охарактеризованы классическими электрохимическими методами (хроноамперометрический мониторинг кинетики нуклеации и роста металла, циклическая вольтамперометрия, измерения дифференциальной емкости), а также рентгеновской дифракцией, атомно-силовой, сканирующей туннельной и растровой электронной микроскопией с локальным микроанализом.
Обнаружено, что транзиенты тока электроосаждения Bi из буферных водно-этиленгликольных растворов нитрата висмута с различным содержанием этиленгликоля (20-70%) и компонентов буфера (диапазон рН 4.4-5.1), зарегистрированные при различных потенциалах осаждения, характерны не для традиционного механизма двумерной нуклеации, а указывают на равномерный столбчатый рост крупных кристаллов. Проведены поисковые исследования режимов и условий контролируемого электроосаждения тонких (10 - 100 нм) пленок Bi с целью оптимизации данного процесса, исследованы структуры пленок этого полуметалла. Обнаружено, что выход по току, особенно вблизи равновесного потенциала осаждения Bi, не превышал 95%, а рентгеновский микроанализ показал значительное содержание в осадках углерода. Обсуждаются возможные причины этих осложнений и пути их преодоления.
Полученные результаты могут представлять интерес в плане поиска условий контролируемого электроосаждения неблагородных металлов (на примере Bi) для получения тонкопленочных наноструктур, востребованных в высокотехнологичной электронике.
