Характеристики микромеханических реле на основе тонких слоистых исполнительных элементов
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
атов проводили с помощью зондовой нанолаборатории Интегра (NTEGRA) [23,24].
При обработке экспериментальных данных использовался метод вычитания наклона и усреднения по строкам.
В таблицах 2.10, 2.11 и 2.12 - микрошероховатости лучших покрытий (по одному из каждого опыта - С1, С5, С11), на рисунках 2.14-2.16 - гистограммы плотности распределения значений функции (количество пиков от их высоты в нанометрах).
Таблица 2.17. Средняя шероховатость (нм.) самых тонких пленок никеля, полученных в опытах 1, 2, 3.
Микрошероховатость, нм Подложка Образец С1, (опыт 1)С5 (опыт 2)С11 (опыт 3)Консольное (балочное) микрореле806991Мембранное микрореле8766103Шероховатость поверхности осаждённого металла (никеля) зависит от толщины осаждаемого слоя и режима осаждения.
При изготовлении образца С5 применялись два два из трех исследуемых параметров, признанных наилучшими в опытах 1 и 2. Шероховатость покрытия С5 получилась наименьшей.
С повышением температуры падает также твердость осадков никеля, исходя из этого, а также, принимая во внимание заданное значение высоты осажденного слоя, оптимальная температура не 70, а 50 C.
Таким образом:
1. Выбраны режимы осаждения никеля в сульфаминовокислом электролите, обеспечивающие минимальную шероховатость при оптимальной толщине покрытия 1,5 мкм: плотность тока на катоде - 1 А/дм2; время гальванического осаждения - не более 12 мин; температура электролита - 55..60 градусов Цельсия; скорость осаждения никеля - 0.095 мкм/мин.
. Исследованы пленки гальванически осажденного никеля методами оптической и атомно-силовой микроскопии. Показано, что средняя микрошероховатость поверхности составляет 66-172 нм и возрастает с увеличением толщины гальванического покрытия.
. Свойства гальванических пленок никеля сильно зависят не только от режимов, но и от других условий осаждения, таких как, кислотность электролита. Показатель кислотности электролита pH является эффективным инструментом для управления механическими характеристиками покрытий. В связи с этим, рекомендуем повторить эксперимент по осаждению пленок при выбранных режимах и различных pH с целью дальнейшего исследование свойств исполнительных элементов УМСТ.
Морфология гальванических пленок никеля при различных показателях кислотности электролита (pH).
Таблица 2.18. Характеристики пленок гальванически осажденного никеля (толщина h, шероховатость Ra) и показатель кислотности электролита
№ образцаПоказатель кислотности pH1.863.04.0h, мкмRa, нмh, мкмRa, нмh, мкмRa, нм12.0531.9661.912122.7742.1862.012734.6964.31562.714346.01054.91725.118756.51256.51966.4245
Экспериментально установлено, что с увеличением толщины гальванического покрытия от 2.0 до 6.5 мкм средняя микрошероховатость составляет, соответственно, от 53 до 125 нм (при pH = 1.86), от 66 до 196 нм (при pH = 3.00), от 121 до 245 нм (при pH = 4.00).
На рисунке 2.20 представлены зависимости микрошероховатости пленок гальванически осажденного никеля от толщины пленок и показателя кислотности электролита.
Рис. 2.20. Зависимость микрошероховатости пленок гальванически осажденного никеля от толщины пленок и показателя кислотности электролита.
Показано, что средняя шероховатость возрастает с увеличением показателя кислотности электролита и толщины осажденной пленки.
Применительно к устройствам микросистемной техники большой интерес представляют покрытия с минимальной микрошероховатостью, но вместе с тем, необходимо учитывать и другие характеристики гальванических пленок. В этой связи показатель кислотности электролита является эффективным инструментом управления физико-механическими и электрофизическими характеристиками гальванических пленок никеля. Продолжение настоящей работы предполагает исследование физико-механических характеристик гальванического никеля при различных pH. Это позволит получать гальванические покрытия с требуемыми свойствами.
Таким образом:
1. Показано, что шероховатость возрастает с увеличением показателя кислотности электролита и толщины пленки. С увеличением толщины гальванического покрытия от 1.5 до 6.5 мкм шероховатость составила, соответственно, от 53 до 120 нм (при pH = 1.86), от 90 до 175 нм (при pH = 3.00), от 120 до 240 нм (при pH = 4.00).
. Кислотность электролита, оптимальная по шероховатости, определена из эксперимента и составляет pH = 2.0, кислотность электролита, оптимальная по твердости осажденного покрытия, составляет pH = 4.0 (найдена в работах других исследователей [13, 14]). На основе полученных данных и в связи с требованиями к минимальной шероховатости и максимальной твердости, рекомендуем изготавливать исполнительные элементы УМСТ на основе никеля при pH = 3.
. Проведена экспериментальная работа для исследования условий гальванического осаждения никеля и морфологии гальванических покрытий. С увеличением толщины слоя никеля и показателя кислотности электролита микрошероховатость возрастает и стремится к некоторому предельному значению. Предел шероховатости можно объяснить содержанием буферных добавок в растворе электролита, которые улучшают структуру гальванического осадка и помогают поддерживать pH. При использовании электролитов, не обладающих выравнивающей способностью, зависимости Ra-h становятся линейными.
. Выбраны оптимальные по механическим характеристикам режимы и условия гальванического осаждения никеля из сульфаминовокислого электролита, обеспечивающие минимальную шероховатость при некотором уровне микротвердости: плотность тока на катоде - 1 А/дм2; скорость осаждения никеля - 0.09