本發(fā)明專利技術(shù)彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置及其使用方法，屬于定域電化學(xué)沉積技術(shù)領(lǐng)域，包括濕度控制系統(tǒng)、噴管系統(tǒng)及陰極系統(tǒng)，使用方法包括步驟一、陰極系統(tǒng)準(zhǔn)備、步驟二、噴管系統(tǒng)準(zhǔn)備、步驟三、安裝噴管系統(tǒng)、步驟四、準(zhǔn)備加濕室、步驟五、準(zhǔn)備工作室、步驟六、連接加濕室與工作室、步驟七、沉積操作及步驟八、沉積完成，取出樣件；本申請(qǐng)采用加濕室和工作室的雙結(jié)構(gòu)并安裝蛇形緩沖板，使得沉積過(guò)程中金屬陽(yáng)離子的濃度均衡，沉積速率穩(wěn)定，獲得高質(zhì)量的微納結(jié)構(gòu)件；加濕器、加濕室及工作室之間的管道上均設(shè)置有濕空氣氣體泵和氣體流量計(jì)，可以精確控制流入氣體的流量和流速；對(duì)工作室設(shè)置兩個(gè)相對(duì)的進(jìn)氣口可以使氣流更能平緩的進(jìn)入到沉積區(qū)域。到沉積區(qū)域。到沉積區(qū)域。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置及其使用方法
[0001]本專利技術(shù)屬于定域電化學(xué)沉積
，具體涉及到一種彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置及方法。
技術(shù)介紹
[0002]彎液面約束電沉積技術(shù)由于沉積只發(fā)生在陰極與陽(yáng)極形成的微液橋回路區(qū)域，具有極強(qiáng)的定域性，該技術(shù)沉積條件限制少且可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電基底任意位置沉積，能夠制造具有大長(zhǎng)徑比、低線寬、空間復(fù)雜的三維金屬微結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注；然而在制造過(guò)程中，微小結(jié)構(gòu)件的形貌和生長(zhǎng)速度極易受到環(huán)境濕度變化的影響。由于探針尖端與導(dǎo)電基底之間形成的彎液橋具有很大的面比表面積，當(dāng)其暴露在空氣中會(huì)由于表面水分的蒸發(fā)而形成對(duì)流，最終導(dǎo)致邊緣的銅離子濃度高于中心的銅離子濃度，形成局部溶液的濃度梯度，這對(duì)于確定沉積結(jié)構(gòu)的形態(tài)和密度非常重要。在彎液面約束電沉積過(guò)程中，如果環(huán)境的相對(duì)濕度太高，蒸發(fā)速率減慢將驅(qū)動(dòng)內(nèi)部對(duì)流和離子擴(kuò)散的速度降低，導(dǎo)致沉積區(qū)域的銅離子不能及時(shí)地得到補(bǔ)充，銅沉積速率也會(huì)隨之減慢，而且可能還會(huì)出現(xiàn)水分在微移液管尖端和導(dǎo)電基底表面上冷凝，最終會(huì)導(dǎo)致沉積的質(zhì)量變差。如果相對(duì)濕度太低，彎液橋表面的水分將快速蒸發(fā)，可能會(huì)在噴嘴處形成結(jié)晶，堵塞微移液管影響進(jìn)一步沉積。因此，對(duì)沉積微區(qū)濕度控制十分必要。
[0003]彎液面約束電沉積環(huán)境濕度控制方法：Hu提出將彎液面約束電沉積整體設(shè)備放置在大的手套箱中進(jìn)行濕度控制，但該方法存在較大的滯后，整個(gè)區(qū)域濕度的均勻性很難保證，使得沉積微區(qū)附近的濕度變化不可預(yù)測(cè)，而且所有運(yùn)動(dòng)控制組件長(zhǎng)時(shí)間處于濕度環(huán)境中，控制精度將大幅下降，使用壽命也會(huì)降低?；谝陨显颍瑢⑹痔紫涓男。蛊渲环胖迷诔练e區(qū)域位置，但該方法通過(guò)單方向小氣流的導(dǎo)入與導(dǎo)出可能需要較長(zhǎng)時(shí)間才可達(dá)到所需濕度的設(shè)定值并均勻填充。Fan在環(huán)境濕度對(duì)液滴蒸發(fā)及顆粒沉積的影響機(jī)制中，采用兩個(gè)腔室對(duì)液滴所在的局部區(qū)域進(jìn)行濕度調(diào)控，但整個(gè)過(guò)程中的氣流擾動(dòng)較大。Soheil Daryadelzai在定域脈沖電沉積工藝用于金屬結(jié)構(gòu)的納米三維印刷中通過(guò)柔性塑料袋將沉積區(qū)域進(jìn)行密封，保證該區(qū)域的濕度，但該方法對(duì)于位置移動(dòng)和更換樣件十分不方便。
[0004]因此需要一種有針對(duì)性的濕度控制裝置及方法，用于解決上述問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是：提供彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中環(huán)境濕度對(duì)彎液面約束電沉積微納結(jié)構(gòu)制造效率和質(zhì)量的問題；
[0006]一種彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：包括濕度控制系統(tǒng)、噴管系統(tǒng)及陰極系統(tǒng)；
[0007]所述濕度控制系統(tǒng)包括加濕器、加濕室、工作室及Z向微位移執(zhí)行器；
[0008]所述加濕器、加濕室及工作室順次連接；所述加濕器通過(guò)管道與加濕室連接，所述管道上依次設(shè)置有第一濕空氣氣泵及第一氣體流量計(jì)，且所述加濕室內(nèi)壁設(shè)置有一個(gè)以上
的第一無(wú)線溫濕度傳感器；加濕室通過(guò)管路系統(tǒng)與工作室連接，所述管路系統(tǒng)包括一個(gè)輸入管道和兩個(gè)輸出管道，所述輸入管道上設(shè)置有第二濕空氣氣泵，所述兩個(gè)輸出管道上分別設(shè)置有第二氣體流量計(jì)及第三氣體流量計(jì)；
[0009]所述工作室內(nèi)腔規(guī)律設(shè)置有一個(gè)以上的蛇形緩沖板，且工作室內(nèi)腔還固定設(shè)置有陰極系統(tǒng)；所述工作室頂蓋上設(shè)置有Z向微位移執(zhí)行器，所述Z向微位移執(zhí)行器上設(shè)置有噴管系統(tǒng)，且噴管系統(tǒng)的端部通過(guò)工作室頂蓋的開口進(jìn)入工作室的內(nèi)腔，并與陰極系統(tǒng)的位置相互適配；
[0010]所述噴管系統(tǒng)包括噴管、鉑絲及微移液管，所述噴管與微移液管螺紋連接，且所述噴管內(nèi)設(shè)置有鉑絲；
[0011]所述陰極系統(tǒng)包括陰極支撐架、第二無(wú)線溫濕度傳感器、陰極夾具及導(dǎo)電基底；
[0012]所述陰極支撐架上設(shè)置有第二無(wú)線溫濕度傳感器、陰極夾具及導(dǎo)電基底；其中所述導(dǎo)電基底通過(guò)陰極夾具固定在陰極支撐架的上端面，且陰極支撐架的上端面上還規(guī)律設(shè)置有一個(gè)以上的第二無(wú)線溫濕度傳感器；
[0013]所述鉑絲與電沉積電源正極連接，所述導(dǎo)電基底與電沉積電源負(fù)極連接。
[0014]所述第一無(wú)線溫濕度傳感器的數(shù)量為一個(gè)以上。
[0015]所述加濕室的入口和出口分別設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁上。
[0016]所述陰極支撐架上設(shè)置有與陰極夾具形狀匹配的凹槽，且陰極支撐架通過(guò)螺栓與陰極夾具固定連接。
[0017]所述工作室內(nèi)的蛇形緩沖板在陰極支撐架兩側(cè)對(duì)稱布置。
[0018]所述工作室的兩個(gè)進(jìn)氣口分別布置在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁上。
[0019]一種彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置的使用方法，其特征是：使用上述中任一的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，步驟如下，且以下步驟依次進(jìn)行：
[0020]步驟一、陰極系統(tǒng)準(zhǔn)備
[0021]檢查工作環(huán)境，準(zhǔn)備待沉積的導(dǎo)電基底，利用丙酮溶液對(duì)導(dǎo)電基底進(jìn)行清洗五分鐘，利用超聲波清洗機(jī)對(duì)導(dǎo)電基底浸沒去離子水溶液清洗三分鐘，將處理后的導(dǎo)電基底安裝在陰極支撐架和陰極夾具之間，并將導(dǎo)電基底與電沉積電源負(fù)極相連接；
[0022]步驟二、噴管系統(tǒng)準(zhǔn)備
[0023]配置標(biāo)準(zhǔn)為0.5M的CuSO4溶液，并將微移液管充滿0.5M的硫酸銅電解液，然后將微移液管安裝在噴管上；
[0024]步驟三、安裝噴管系統(tǒng)
[0025]將第二步中準(zhǔn)備好的噴管系統(tǒng)安裝到Z向微位移執(zhí)行器上，控制Z向微位移執(zhí)行器移動(dòng)，將噴管系統(tǒng)通過(guò)工作室頂蓋的開口插入工作室的內(nèi)腔，將鉑絲與電沉積電源正極連接；
[0026]步驟四、準(zhǔn)備加濕室
[0027]將加濕器通過(guò)管道與加濕室連接，所述管道上安裝第一濕空氣氣泵和第一氣體流量計(jì)；所述第一濕空氣氣泵和第一氣體流量計(jì)用于控制流入加濕室濕空氣的流量和流速；
[0028]在加濕室內(nèi)設(shè)置有多個(gè)用于獲取加濕室內(nèi)各個(gè)位置的溫濕度信息的第一無(wú)線溫濕度傳感器，通過(guò)第一濕空氣氣泵、第一氣體流量計(jì)及第一無(wú)線溫濕度傳感器精確控制加濕室濕度接近設(shè)定值并且實(shí)現(xiàn)點(diǎn)控；
[0029]步驟五、準(zhǔn)備工作室
[0030]將步驟一中安裝了導(dǎo)電基底的陰極支撐架安裝到工作室內(nèi)腔，在陰極支撐架上安裝第二無(wú)線溫濕度傳感器；在工作室內(nèi)設(shè)置蛇形緩沖板；
[0031]步驟六、連接加濕室與工作室
[0032]將步驟四準(zhǔn)備好的加濕室通過(guò)管路系統(tǒng)與步驟五準(zhǔn)備好的工作室連接，其中管路系統(tǒng)的輸入管道與加濕室的出口連接，管路系統(tǒng)的兩個(gè)輸出管道分別連接工作室的兩個(gè)輸入口，在所述管路系統(tǒng)上設(shè)置第二濕空氣氣泵、第二氣體流量計(jì)及第三氣體流量計(jì)；
[0033]步驟七、沉積操作
[0034]通過(guò)調(diào)節(jié)加濕室到工作室的溫濕度數(shù)據(jù)，當(dāng)工作室內(nèi)的溫濕度達(dá)到設(shè)定值且保持均勻時(shí)，給鉑絲與導(dǎo)電基底之間施加一定的偏置電壓，并通過(guò)給定Z向微位移執(zhí)行器的移動(dòng)速度為30nm/s，將噴管系統(tǒng)進(jìn)行移動(dòng)使得微移液管的尖端與導(dǎo)電基底接觸，然后在給予反方向相同速度拉出一個(gè)彎液橋，促使沉積開始；
[0035]步驟八、沉積完成，取出樣件
[0036]沉積完成后，關(guān)閉電沉積電源，操縱Z向微位移執(zhí)行器將噴管系統(tǒng)從工作室本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：包括濕度控制系統(tǒng)(2)、噴管系統(tǒng)(3)及陰極系統(tǒng)(4)；所述濕度控制系統(tǒng)(2)包括加濕器(201)、加濕室(204)、工作室(207)及Z向微位移執(zhí)行器(209)；所述加濕器(201)、加濕室(204)及工作室(207)順次連接；所述加濕器(201)通過(guò)管道與加濕室(204)連接，所述管道上依次設(shè)置有第一濕空氣氣泵(202)及第一氣體流量計(jì)(203)，且所述加濕室(204)內(nèi)壁設(shè)置有一個(gè)以上的第一無(wú)線溫濕度傳感器(205)；加濕室(204)通過(guò)管路系統(tǒng)與工作室(207)連接，所述管路系統(tǒng)包括一個(gè)輸入管道和兩個(gè)輸出管道，所述輸入管道上設(shè)置有第二濕空氣氣泵(206)，所述兩個(gè)輸出管道上分別設(shè)置有第二氣體流量計(jì)(210)及第三氣體流量計(jì)(211)；所述工作室(207)內(nèi)腔規(guī)律設(shè)置有一個(gè)以上的蛇形緩沖板(208)，且工作室(207)內(nèi)腔還固定設(shè)置有陰極系統(tǒng)(4)；所述工作室(207)頂蓋上設(shè)置有Z向微位移執(zhí)行器(209)，所述Z向微位移執(zhí)行器(209)上設(shè)置有噴管系統(tǒng)(3)，且噴管系統(tǒng)(3)的端部通過(guò)工作室(207)頂蓋的開口進(jìn)入工作室(207)的內(nèi)腔，并與陰極系統(tǒng)(4)的位置相互適配；所述噴管系統(tǒng)(3)包括噴管(301)、鉑絲(302)及微移液管(303)，所述噴管(301)與微移液管(303)螺紋連接，且所述噴管(301)內(nèi)設(shè)置有鉑絲(302)；所述陰極系統(tǒng)(4)包括陰極支撐架(401)、第二無(wú)線溫濕度傳感器(402)、陰極夾具(404)及導(dǎo)電基底(406)；所述陰極支撐架(401)上設(shè)置有第二無(wú)線溫濕度傳感器(402)、陰極夾具(404)及導(dǎo)電基底(406)；其中所述導(dǎo)電基底(406)通過(guò)陰極夾具(404)固定在陰極支撐架(401)的上端面，且陰極支撐架(401)的上端面上還規(guī)律設(shè)置有一個(gè)以上的第二無(wú)線溫濕度傳感器(402)；所述鉑絲(302)與電沉積電源正極連接，所述導(dǎo)電基底(406)與電沉積電源負(fù)極連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：所述第一無(wú)線溫濕度傳感器(205)的數(shù)量為一個(gè)以上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：所述加濕室(204)的入口和出口分別設(shè)置在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：所述陰極支撐架(401)上設(shè)置有與陰極夾具(404)形狀匹配的凹槽，且陰極支撐架(401)通過(guò)螺栓與陰極夾具(404)固定連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：所述工作室(207)內(nèi)的蛇形緩沖板(208)在陰極支撐架(401)兩側(cè)對(duì)稱布置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置，其特征是：所述工作室(207)的兩個(gè)進(jìn)氣口分別布置在兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁上。7.一種彎液面約束電沉積微區(qū)濕度控制裝置的使用方法，其特征是：使用權(quán)利要求1
?
6中任一的彎液面...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：許金凱，王雪，任萬(wàn)飛，徐振銘，陶金，孫輝輝，王曼妃，王永華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：長(zhǎng)春理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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