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Elektrochemische Untersuchungen zur Abscheidung und zum Korrosionsverhalten von Kupfermikrostrukturen

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Abstract

Diese Arbeit untersucht den Herstellungsprozess von Kupfermikrostrukturen durch elektrochemische Abscheidung in geätzten Ionenspuren in Polymerfolien (Templat Methode) und ihre Korrosionseigenschaften in alkalischen Elektrolyten. Da eine homogene Metallabscheidung in allen Poren (Länge 30 µm, Durchmesser zwischen 3 µm und 400 nm) eine unabdingbare Voraussetzung zur Durchführung einer systematischen Untersuchung ist, werden zunächst die als kritisch erkannten Parameter und Einflussgrößen optimiert. Darauf aufbauend wird der Einfluss der verwendeten Überspannung sowohl auf die hergestellten Nadeln als auch auf die gemessenen Strom-Zeit-Kurven untersucht. Durch die Analyse der bei der potentiostatischen Abscheidung gemessenen Strom-Zeit-Kurven gelingt es, ein qualitativ gültiges Modell für die Kupferabscheidung in Templatporen aufzustellen. In den einzelnen Messkurven lassen sich bis zu sechs verschiedene Bereiche unterscheiden, denen der Ablauf folgender Prozesse zugeordnet werden kann: Für kleine Zeiten findet die Kupferabscheidung durchtrittskontrolliert statt. Es folgt ein Übergang von Durchtritts- zu Diffusionkontrolle. In den folgenden drei Bereichen ist die Abscheidung diffusionskontrolliert. Zunächst findet lineare Diffusion innerhalb der Poren statt, weil die Dicke der Diffusionsschicht kleiner als die Länge der noch zu füllenden Pore ist. Dann folgt ein Bereich, in dem die radiale Diffusion von Kupferionen hin zu den Porenöffnungen den Gesamtprozess bestimmt. Schließlich ist die Kupferabscheidung durch lineare Diffusion zur gesamten Polymeroberfläche gekennzeichnet. Sobald die Nadeln die Polymeroberfläche erreicht haben, beginnt das Wachstum von Kappen. Außerdem werden im Rahmen dieser Arbeit die Korrosionseigenschaften der hergestellten Kupfermikrostrukturen untersucht und mit denen von makroskopischen Kupferproben verglichen. Dies geschieht durch die Aufnahme von zyklischen Voltamogrammen in 0,1 N Natronlauge und in Boratpuffer. Die in Natronlauge ablaufenden Korrosionsprozesse sind sehr komplex und führen zu schwer interpretierbaren Voltamogrammen. Ursachen dafür sind das auftretenden von großen Korrosionsstromdichten und der hohe Anteil an gebildeten löslichen Korrosionsprodukten. Umfangreiche systematische Untersuchungen werden in Boratpuffer durchgeführt, wo die Löslichkeit von CuO und Cu(OH)2 minimal ist und die auftretenden Korrosionsstromdichten deutlich geringer sind. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die an Mikroelektroden-Ensembles durchgeführten Untersuchungen nicht auf besondere Korrosionseigenschaften von Kupfernadeln mit Dimensionen auf der Mikrometerskala im Vergleich zu makroskopischen Kupferproben hindeuten.

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