Структура и свойства меди и многослойных пленок медь-никель, полученных при импульсном электролизе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Дніпропетровський державшої університет

РГ6 оя

2 'і ОПТ 2И

ГРИБОК Віолета Святослапівиа

УДК 539.2: 669.24

СТРУКТУРА ТА ВЛАСТИВОСТІ МІДІ І БАГАТОШАРОВИХ ПЛІВОК МІДЬ-НІКЕЛЬ, ОТРИМАНИХ ПРИ ІМПУЛЬСНОМУ ЕЛЕКТРОЛІЗІ

Спеціальність 01.04.07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-матемагичних наук

Дніпропетровськ - 2000

Дисертацією с рукопис

Роботу виконано на кафедрі фізики Дніпропетровського державного технічне університету залізничного транспорту, Міністерства транспорту України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор Заблудовсью Володимир Олександрович, Дніпропетровські державний технічний університет залізнично транспорту, професор кафедри фізики.

Офіційні опонента: - доктор фізико-матемагичних наук, професор Бреха Григорій Павлович, Запорізький державний універентс перший проректор;

- доктор фізико-математичних наук, доцент Баїпев Валер Федорович, завідувач кафедри метзлофізиі ^ Дніпропетровського державного університету.

Провідна установа: Інститут металофізики НАН України (м. Київ).

Захист відбудеться “ /3 ” 'кСо&УИНЯ 2000 р. о ^3 годині на засідані Спеціалізованої вченої ради Д 08.051.02 при Дніпропетровському державному університеті за адресою: 320052, м. Дніпропетровськ, пров. Науковий, 13.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Дніпропетровського державного університету.

Автореферат розісланий “ № 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради . -

доктор технічних наук, професор -^І(р{г^~ І.М.Спиридонова

т

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Підвищення міцності та корозійної стійкості, покращання захистно-декоративних властивостей матеріалів в даний час залишається актуальною проблемою. Одним із способів вирішення цієї проблеми являється нанесення на поверхню матеріалів тонких металевих покрить.

Розвиток мікроелектроніки веде до необхідності розробки нових і покращених процесів виробництва тонкоплівкових матеріалів, які б володіли необхідним комплексом фізичних властивостей.

Різноманітність матеріалів для виготовлення тонких шарів, що використовуються в тих чи інших цілях, привело до створення різноманітних методів їх нанесення, наприклад таких як вакуумне випаровування, катодне . розпилення, іонно-плазменне напилення, хімічне осадження та інші. Одним із найбільш економічних та технологічно простих методів отримання тонких металевих пліво»; являється електроосадження.

Традиційні методи електроосадження дозволяють змінювати властивості та структуру покрить завдяки розробці нових електролітів, введенню поверхнево-активних речовин, підігріванню та перемішуванню розчинів, що не завжди дає можливість отримувати покриття з необхідним комплексом властивостей. Тому представляє інтерес імпульсний електроліз — один з найбільш ефективних способів електроосадження функціональних (з необхідним комплексом властивостей) покрить.

Змінюючи лише форми та параметри імпульсів струму, можна оперативно і просто керувати процесом осадження. Зміна параметрів імпульсного струму значно впливає на величину і швидкість зміни перенапруги катоду (ті), яка в свою чергу являється мірою пересичення (Б) іонів металу, які розряджаються, і має значний вплив на формування структури металу, що осаджується.

Таким чином, вивчаючи вплив того чи іншого режиму імпульсного струму на структуру та властивості металу, що осаджується, та, комбінуючи їх в програми, які представляють собою набір пакетів імпульсного струму з різними режимами, можна отримати шаруваті матеріали з різноманітною структурою, текстурою та фазовим складом складових шарів.

Не менш важливою є можливість отримати різних металів із одного електроліту шляхом зміни режимів імпульсного струму. Це дозволяє отримувати біметалічні покриття з шаровою або острівковою структурою, що не завжди можливо отримати, наприклад, термовакуумним або катодним розпиленням. Даний напрям лише отримує свій розвиток в теорії і практиці імпульсного електроосадження, і йому належить майбутнє в рішенні задач формування функціональних покрить.

В даний час існує небагато відомостей про вплив імпульсного струму

на структуру та властивості міді. Все ширше викорстання багатошарових структур, в конкретному випадку мідь-нікель, як високоміцних корозійностійких, електропровідних та магніторезистивних матеріалів, потребує вдосконалення простих методів їх отримання.

Таким чином, дослідження впливу імпульсного струму на структуру та властивості міді, а також багатошарових структур мідь-нікель, являється актуальним.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є встановлення закономірностей формування мідних та мідно-нікелевих плівок під дією імпульсного струму для керування їх властивостями.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішення слідуючи?!

задач:

1. Аналіз впливу режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді.

2. Дослідження структури і текстурн мідних плівок, отриманих В ІМГГ/ЛЬСі'.'ЯМ режимах електроосадження.

3. Встановлення зв’язку між параметрами імпульсного струму та структурою мідних плівок.

4. Дослідження фізичних властивостей плівок міді, отриманих при імпульсному елекроосадженні, та встановлення залежності цих

властивостей від режимів імпульсного струму.

5. Розробка програми імпульсного струму для отримання багатошарових мідних та мідно-нікелевих плівок.

6. Дослідження фізичних властивостей багатошарових плівок мідь-нікель і встановлення залежності цих властивостей від структури та товщини складових шарів.

Наукова новизна одержання результата.

в Вперше шляхом зміни лише параметрів імпульсного струму структуру міді, осадженої із простого сульфатного електроліту, змінено в широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічна, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова.

• Встановлено вплив дії прямих та зворотних імпульсів струму на умови кристалізації міді, що пояснено відповідними значеннями величніш та швидкості зміни катодного пересичення.

о На основі запропонованої гомогенної моделі формування двомірних зародків у відповідному кристалографічному напрямку розраховано ймовірність їх утворення для міді у семи основних напрямках, чим пояснено експериментальні дані по текстурі.

• Вперше з простого сульфатного електроліту програмованими режимами імпульсного струму отримано мідно-нікелеві плівки зі структурою, яка змінюється від мікрошарової (з різними фізичними властивостями і

з

товщиною складових шарів) до структури острівкового типу.

• В методі розрахунку міцності багатошарових біметалічних плівок запропоновано враховувати як ефект зміцнення матричних шарів, іцо викликано відмінністю пружних властивостей матричних та армуючих шарів, так і їх товщину.

• Експериментально підтверджені теоретичні розрахунки міцності і електропровідності багатошарових плівок Cu-Ni.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає у розробці ефективних режимів імпульсного струму для отримання мідних та мідно-нікелевих плівок з певним комплексом властивостей.

Шляхом зміни параметрів імпульсного струму можна в широкому діапазоні змінювати структуру міді. Це робить можливим застосування імпульсного електролііу для отримання міцних, дрібнокристалічних шарів міді як основи для інших металів; тонких, безпористих з необхідною електропровідністю мідних плівок для радіоелектронних пристроїв; мікрошаровкх, корозійнсстійкзіх та міцних мідних плівок як захистно-декоративних покрить.

Практичний інтерес притягає також і можливість отриманая за допомогою програмованого імпульсного електролізу мікрошарових мідно-нікелевих структур та структур “остівкоаого”типу. Шляхом зміни параметрі» імпульсного струму в пачці та її продовженосгі можна керувати відповідно структурою та товщиною складових шарів.

Встановлено, шо міцність отриманих багатошаровими в значній мірі перевищує міцність сплавів з тією ж об’ємною часткою нікелю і залежить від товщини та структури складових шарів. Такі структури можуть застосовуватися як міцні, зносостійкі, пластичні (за рахунок малого вмісту нікелю) і достатньо електропровідні металічні покриття.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи докладені, обговорені і схвалені на:

- Ш International conferens “Surface TREAT ment’97”, Oksford (UK), 1997;

- конференції “Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента”, Киев, 1997;

- Мемориальном симпозиуме академика В.Н.Гриднева “Материалы и сплавы: фазовые превращения, структура и свойства”, Киев, 1998;

- 5 Asian Surface Finishing Forum, Seoul (Korea), 1998;

- 3rd International Symposium on Metallic Multilayers (MML’98), Canada, 1998;

- другій міжнародній конференції “Наука і освіта ‘99”, Київ-Дніпропет -ровськ-Луганськ-Черкаси-Дніпродзержинськ, 1999;

- конференції “Технологии ремонта машин,механизмов и оборудования”,

Киев, 1999; ■

- 8th European Magnetic Materials and Applications Conference, Kyiv, 2000;

- XVII Международной школе-семинаре «Новые магнитные материалы микроэлектроники», Москва, 2000 г.

Крім того, матеріали дисертації неодноразово доповідалися на наукових семінарах кафедри фізики ДІІТу.

Публікацій Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у п’яти наукових статтях, дев’яти тезах доповідей і рішенні про видачу патенту України на винахід, список яких наведено в кінці автореферату. Статті опубліковані у виданнях, які входять до затвердженого ВАК України переліку наукових видань.

Особистий внесок здобувана. У співавторстві опубліковано п’ять статей, патент на винахід і тези конференцій.

В роботі [1] спошукачем були запропоновані режими програмованого імпульсного струму для отримання багатошарових мідних плівок, досліджені їх електричні та механічні властивості.

Всі експериментальні дослідження структури та текстури міді, яка отримана при різних режимах імпульсного струму, були виконані та обгрунтовані спошукачем в роботі [2]. Крім цього була запропонована емпірична формула для розрахунку питомного опору міді в залежності від розміру блоків мозаїки та розрахований коефіцієнт дзеркального відображення.

Експериментальні дослідження мікротвердості та електроопору багатошарових структур мідь-нікель, результати якої наведені в роботі [3], були безпосередньо виконані та пояснені спошукачем.

В роботі [4] були запропоновані доповнення до відомого закону аддитивності міцнісних властивостей багатошаровиків і виведена загальна формула, яка враховує ефект зміцнення матричних шарів та їх товщину.

Власний вклад автора в роботі [5] полягає в тому, що ним були запропоновані відповідні режими імпульсного струму в пачках, які відповідають осадженню практично чистих шарів міді та нікелю із простого сульфатного мідно-нікелевого електроліту, а в роботі [6] - режими програмованого імпульсного струму, що відповідають осадженню багатошарових мідних плівок з різною структурою та текстурою складових шарів.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел і додатку. Загальний об’єм дисертації 153 сторінки, в тому числі 51 малюнок і II таблиць, список літератури із 141 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, наведено її основні положення та результати, показана наукова новизна та визначено практичне значення результатів досліджень.

У першому розділі наведено стислий огляд досліджень, пов’язаних з різноманітними методами отримання міді, приведені відповідні результати дослідження її структури та деяких фізичних властивостей. Найбільша увага приділена електролітичному методу осадження, в конкретному випадку нестаціонарному електролізу.

Показано, що застосування імпульсних режимів в основному приводить до зменшення розмірів блоків мозаїки, збільшенню дефектності кристалічної решітки, згладжуванню поверхні, що, відповідно, сприяє збільшенню міцності та питомого опору матеріалу. Наведені суперечливі результати багатьох авторів щодо міцності тонких мідних плівок в залежності від товщини.

Ряд робіт, наведених в літературному огляді, присвячено багатошаровим структурам, які отримані різкими мстодзлш, н&зедаю приклади їх -застосування. Показано, що найбільший інтерес в останній час приділяється багатошаровим структурам, в частковому випадку острівковим, типу діелектрик-феромагнетнк. Декілька із наведених робіт пов’язані зі способом електролітичного осадження багатошарових структур Си-№ на основі нікелю і їх механічними властивостями, а також приділено увагу широкому використанню мідно-нікелевих плівок як магніторсзистивного матеріалу.

В другому розділі наведені умови отримання міді та багатошарових структур мідь-нікель, а також методи дослідження їх структури, субструкгури та деяких фізичних властивостей.

Елекгроосадження міді проводили уніполярним, біполярним та програмованим імпульсним струмом із простого сульфатного електроліту при температурі розчину 293-297 К. який мав слідуючий склад, в г/л: СиБ04 х 5Н20 - 280; Н2804 - 30 і кислотність рН=1-г2. Частоту слідування імпульсів струм}' (і) змінювали від ЗО до 1000 Гц; шпаруватість (<3 - відношення періоду до тривалості імпульсу) - від 2 до 32; середню густину струму (і) залишали незмінною і рівною 200/Ум2. В ролі аноду використовували технічно чисту мідь, а в ролі катоду — поліровану нержавіючу сталь.

Для осадження багатошарових плівок мідь-нікель використовували програмований імпульсний струм з різною тривалістю пакетів імпульсів струму різного режиму. Відповідно використовуваний електроліт мав слідуючий склад, в г/л: Си804 х 5Н20 - 3; МіБОд х 7Н'/> - 280; Н^ВОз - 30 і

кислотність pH=l-r2,

Металографічні дослідження - морфологію поверхні та торцьово шліфу проводили за допомогою мікроскопів "МИМ” - 8” і “NEOPHOT-21”.

Дослідження субструктури, текстури та фазового складу проводш рентгеноструктурними методами на дифрактометрі ДРОН-2.0 в С випромінюванні. Дослідження мікроструктури проводили на слекгронноь мікроскопі “TESLABS 500”.

Вимірювання механічних властивостей проводили на мікротвердомі “ПМТ-3” при навантаженні 0,20 Н і мікророзривній машині “Мі-44 Електропровідність досліджували за допомогою мосту змінного струму Р50С при частоті струму ІкГц.

Третій роздал присвячено вивченню впливу режимів імпульсної струму на умови кристалізації міді.

Виявлено, ще особливість кристалізації міді при імпульсною електролізі визначається як абсолютною величиною катодного пересиченії, так і його часовою залежністю в кожному імпульсі струму. Основним параметрами імпульсного струму, які впливають на. величину і шзидккя зміни катодного пересичення, являються частота і шпаруватість імпульсів.

' Як було встановлено, із зменшенням частоти імпульсів струму збільшенням їх шпаруватості максимальне значення пересичені: збільшується, що повинно відповідати більшій нерівноважності процес кристалізації на катоді. Але при цьому в момент дії паузи протікає більї повільний спад катодного пересичення, що, в свою чергу, спрш рівноважному процесу кристалізації.

Крім цього, при деяких режимах імпульсного струму, наприклад, пр частотах слідування імпульсів f< 30 Гц шпаруватістю 32, як ввдно із рис.! спостерігається ділянка кривої потенціал - час, де величина перенапруги н змінюється з часом (приймає стаціонарне значення), що відповідає умова осадження при постійному струмі.

Таким чином, існують оптимальні режими імпульсного струму, пр яких умови кристалізації будуть найбільш нерівноважними.

Пригнічення кристалізації металу в момент дії паузи можна досягг шляхом збільшення швидкості скиду величини перенапруги катоду, щ вдалося здійснити за допомогою використання зворотніх імпульсів струму Але, як було встановлено, їх використання може мати подвійний вплив н формування структури міді. З однієї сторони, якщо потенціал катоду спада не нижче свого стаціонарного значення (рис.2, крива 2), завдяки великі швидкості скиду потенціалу процес кристалізації буде більш нерівноважним. фіксується структура міді, що сформувалася в момент дії імпульсу струм} Якщо ж значення потенціалу буде заходити у негативну область (рис.2 крива 3), то відбудеться розчинення найбільш активних ділянок поверхні, я»

сформувалися в момент дії прямого імпульсу струму. Це призведе до вирівнювання концентрації іонів металу в прикатодному шарі, що буде сприяти утворенню більш рівноважних умов кристалізації міді.

Е, В

-0,20

0,10

Рис. 1. Залежність зміни потенціал-час за період імпульсного струму шпаруватістю <3 = 32: 1 — ґ = ЗО Гц; 2 - і' = 100 Гц; .3 - 1'= 500 Гц;

4-1'= 1000 Гц

Е, В

Рис. 2. Залежність зміни потенціал-час за період імпульсного струму шпаруватістю <3 = 32 і частотою Г = 100 Гц: 1 — іте. = 0 А/дм"; 2 - із».гр

=0,2 А/дм2; 3 - іи. = 0,5 А/дм2

Таким чином, експериментальним шляхом для різних режимі; імпульсного струму були встановлені граничні значення густини струм; зворотніх Імпульсів, які відповідають за той чи інший характер їх впливу н; умови кристалізації міді.

Четвертий розділ присвячено дослідженню структури ТІ властивостей міді, отриманих імпульсним струмом. При переході вії постійного до імпульсного струму характер росту міді взагалі не змінюється спостерігається стовпчастий ріст (рис.За, 36), але для міді, що осаджен; при імпульсному струмі, кожний із “стовпчиків” складається з множиш паралельних підкладці пластин (рис.36).

Використання імпульсних режимів при електроосадженні мід приводить також і до зміни її субструктури. Для найбільш жорстких умої кристалізації розмір блоків мозаїки зменшився в порівнянні з постійте струмом від 450 до 130 нм. величина густини дислокацій досягала 1012см'2 ( концентрація дефектів упаковки-6-т7%. Для цих режимів спостерігалис? найбільші значення мікротвердості (Нд=1800 МПа) та питомого опор) (р=2,8-10'8 Ом-м).

Використання біполярного струму із значенням густини струм} зворотних імпульсів меншим граничного характер росту в поперечному зрізі не змінює, але приводить до зменшення блоків мозаїки, які досягають значення 90 нм. В іншому випадку, коли jra >jmjp. , в поперечному зрізі спостерігається блочна структура (рис.Зв), розмір блоків мозаїки збільшуслься. Поряд з малою величиною питомого опору (р=1,9-10'8 Ом-м) спостерігається достатньо велике значення мікротвердості (Н(1=1100 МПа).

Осадження міді за допомогою програмованого імпульсного струму приводить до утворення в поперечному зрізі шаруватої структури (рис.Зг), мікротвердість якої зростає до 2200 МПа.

Згідно рентгенографічним дослідженням (рис.4) при переході від постійного струму до імпульсного відбувається перерозподіл інтенсивності дифракційних максимумів - найбільша інтенсивність відповідає дифракційному максимуму, що відповідає відображенню від кристалографічних площин (111) і (220). До того ж, із збільшенням шпаруватості імпульсів інтенсивність максимуму (220) зростає. Подібному ефекту ВІДПОВІДаЄ І ВИКОрИСТаННЯ ЗВОРОТНІХ ІМПуЛЬСІВ струму І При j^. >І.грлв.

інтенсивність дифракційного максимуму (220) стає максимальною. Згідно текстурним дослідженням формується аксіальна текстура типу <110>.

На основі запропонованої моделі формування двомірних зародків у відповідному кристалографічному напрямку було розраховано ймовірність їх утворення у семи кристалографічних напрямках в залежності від перенапруги катоду, чим і пояснено відповідні текстурні дані для міді, отриманої при різних режимах електроосадження.

Рис. 3. Мікрофотографії структури поперечного зрізу електроосадженої міді: а - постійний струм; б - імпульсний біполярний струм; в - імпульсний уніполярний струм; г - програмований імпульсний струм.

І/Іпах

Рис. 4. Дифрактограми електроосадженої міді: а - постійний струм;

б - імпульсний уніполярний струм 1=100 Ги, 0=2\ в - імпульсний уніполярний струм £=100 Ги, 0=32;

Г - імпульсний біполярний струм ІЗ ізв.=іте.гр.

/г

У п’ятому розділі було досліджено структуру та властивості багатошарових плівок Си-ИІ. Трудність отримання шарів міді і нікелю із одного простого сульфатного електроліту полягає в тому, що потенціали їх виділення сильно відрізняються. Цю проблему вдалося вирішити завдяки використанню програмованого імпульсного струму. Дія низькочастотного з великою шпаруватістю і густиною струму пакетів імпульсів струму сприяє осадженню шару нікелю, а високочастотного пакету з малою шпаруватістю і густиною струму - осадженню шару міді. Таким чином були отримані багатошарові структури Си-№ з різною товщиною і структурою шарів.

Було запропоновано теоретичну модель розрахунку міцності багатошарової структури, яка враховує ефект зміцнення як за рахунок одночасної деформації матричних і армуючих шарів, так і за рахунок зменшення товщини шарів. На заміну закону адитивності, який використовувався раніше для розрахунку міцності композиційних структур,

де аг, - границі міцності масивних армуючого і матричного матеріалів;

- об’ємна доля армуючого матеріалу; і сг^ - границі текучості армуючого і матричного компонентів (<%' і - розраховуються аналогічно умовам (2)); і - товщина армуючого і матричного шару; Ег і Ещ - їх модулі пружності; СПІ - модуль жорсткості матричного шару, є - деформація багатошарової плівки; Ьщ - вектор Бюргерса.

Теоретично побудовані відповідно з формулою (1) та умовами (2) графіки залежності задовільно узгоджуються з експериментально отриманими даними.

Окрім механічних властивостей було також досліджено електричні властивості багатошарових плівок Си-Ж На основі теоретичної моделі електропровідності багатошарових структур досліджено функцію розподілу електронів на межі поділу шарів міді та нікелю. Встановлено залежність питомої електропровідності багатошарових плівок мідь-нікель від товщини шарів міді та її об’ємної частки у плівці. Згідно експериментальним даним, із зменшенням товщини складових шарів міді при певних значенях їх об’ємної

при умовах, що

частки у плівці (Уп1) електропровідність багатошаровика збільшується, досягаючи максимумів: Я.мі.=4,3-107(0м-м)'1 при Ут=0,9, 3,9 • 10 7( О м • м)'1

при Ут=0,8 га ^ш.=2,7-107 (Ом-м)'1 при Ут=0,5.

У шостоліу розділі розглядаються найбільш оптимальні параметри імпульсного струму для отримання мідних та мідно-нікелевих структур з комплексом фізичних властивостей.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

У роботі досліджено структуру і властивості мідних плівок, отриманих в імпульсних режимах електроосаджеіпш. Встановлено закономірності зміни структури міді в залежності від параметрів імпульсного струму. Запропоновано програму імпульсного струму для отримання багатошарових мілно-нікелевих структур. Теоретично та експериментально досліджено механічні та електричні властивості багатошарових плівок мідь-нікель. В ході виконання роботи отримані слідуючі результати:

1. Встановлено, що завдяки зміні параметрів імпульсного струму, структуру міді, осадженої із простого сульфатного електроліту, може бути змінено в широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічна, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова.

2. Дія імпульсного уніполярного струму, в порівнянні з постійним струмом, при електроосадженні міді сприяє утворенню більш дрібнокристалічних та високодефектних структур. Розмір блоків мозаїки зменшується відповідно від 500 до 130 нм, густина дислокацій зростає від Ю10 до 10и-1012 см'2, концентрація дефектів упаковки - від 2-ьЗ до 7ч-8%.

3. Для найбільш жорстких режимів імпульсного струму, механічні та електричні властивості мідних плівок мають екстремуми, що пояснюється дрібнокристалічною, високодефектною, стовпчасто-шаровою структурою, яка характерна при електроосадженні міді при даних режимах. Для значень шпаруватості 32 і частоти 100 Гц максимуми мікротвердості та питомого електоопору відповідно рівні 1800 МПа і 2,8-10'8 Ом-м.

4. Вплив біполярного імпульсного струму на струїсіуру міді носить подвійний характер. При одних параметрах зворотних імпульсів струму фіксується структура, яка сформувалася в момент дії прямого імпульсу струму (розмір блоків мозаїки зменшується до 90 нм), а при інших -формується більш рівноважна, крупнокристалічна структура міді, для якої поряд з малою величиною питомого електроопору (/т=1,9-Ю'80м-м), спостерігається достатньо велике значення мікротвердості (#ц=1100 МПа).

5. Встановлено, що дія низькочастотних пакетів імпульсного струму з великою шпаруватістю і густиною сприяє осадженню шарів нікелю, а високочастотних пакетів імпульсного струму з малою шпаруватістю і

густиною — осадженню шарів міді. Комбінуючи високочастотні та низькочастотні пакети імпульсного струму в програми були отримані багатошарові плівки мідь-нікель а різною структурою та товщиною складових шарів.

6. В методі розрахунку міцності багатошарових плівок Cu-Ni запропоновано враховувати зміцнення матричних (мідних) шарів за рахунок відмінності пружних властивостей матричних та армуючих (нікелевих) шарів, а також їх товщину. Експериментально отримані значення міцності багатошарових мідно-нікелевих плівок задовільно узгоджуються з теоретично розрахованими.

7. На основі моделі електропровідності багатошарових структур досліджено функцію розподілу електронів на межі поділу шарів міді та нікелю. Встановлено, що на електропровідність багатошарових біметалічних плівок впливає як товщина, так і співвідношення товщин складових шарів.

8. Запропоновано режими імпульсного струму, які дозволяють

отримувати мідні та мідно-нікелеві плівки зі слідуючим комплексом властивостей: високоміцні, пластичні, достатньо електропровідні та

безпористі.

СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Заблудовский В.А., Штапенко Э.Ф., Грибок B.C. Структура, фазовый состав н свойства металлических многослойшпсов, полученных программным импульсным током // Металлофизика и новейшие технологии.-1998.-Т.20, №1 .-С.65-68.

2. Грибок B.C., Заблудовский В.А. Структура и свойства электролитических медных покрытий, полученных в импульсных режимах // Металлофизика и новейшие технологии. - 1998. - Т.20, №9. - С.53-57.

3. Zabludovsky V.A. and Gribok V.S. Physical properties of Ni-Cu microlayer films obtained by pulse electrolysis If Transaction of the Institute of Metal Finishing. - 1999. - V.77, №2. - P.89-90.

4. Грибок B.C., Заблудовский В.А. Расчет и экспериментальная проверка прочностных свойств металлических многослойных пленок Cu-Ni // Металлофизика и новейшие технологии. -2000. - Т.22, №6. - С. 50-55.

5. Zabludovsky V.A., Shtapenko E.F., Gribok V.S., Ganich R.Ph., Gulivets

A.N. and Gadzilov M.V. The application of Program-Controlled Pulsed Current for Obtaining Metallic Coatings wits Spesific Properties // Transaction of the Institute of Metal Finishing. - 2000. - V.78, №3. - P.110-112.

6. Рішення про видачу патенту України на винахід. МПК 6 С25Д 5/18. Спосіб електроосздження багатошарових металевих покрить / Заблудовський В.О., Штапенко Є.П., Пічугіна Н.В., Грибок B.C. Заява 21.11.97, №114379. Рішення від 16.11.98.

7. Zabludovsky V.A., Shtapenko E.F., Gribok V.S. Production of High-strengh metal Films by the Programme-controlled Pulse Current // 3d1 Intematior Cons. “Surface treatment 97”-Oxford -1997. - P.9.

8. Заблудовский B.A., Штапенко Э.Ф., Грибок B.C. Электроосаждение функциональных металлических покрытий программным импульсным током// Тезисы докладов конференции ‘Технологическое обеспечение работоспособности деталей машин, механизмов и инструмента”- Киев.-1997.

9. Zabludovsky V.A., Gribok V.S., Balashov В.Н. Electrical propertion of copper multilayers produced by pulsed electrolysis// 5th Asian Surface Finishing Forum “Asian Finish’98” - Seoul (Korea). 1998. - P.l.

10. Заблудовский B.A., Грибок B.C., Балашов Б.М. Структура и свойства многослойников Ni-Cu-сплав (Ni-Cu), полученных при импульсном электролизе // Тезисы докладов мемориального симпозиума акад.

В.Н.Гриднева “Металлы и сплавы: фазовые превращения, структура и свойства”. - Киев: ИМФНАБ Украины. -1998. - С.74.

11. Zablydovsky V. A., Gribok V. S., Balashov В. М. Structure and elecrical properties of copper multilayer produced by pulsed electrolisis// 3ld International Symposium on Metallic multilayers (MML’98).-Canada.-1998.-P.394.

12. Заблудовский B.A., Грибок B.C., Галич Р.Ф. Прочностные свойства микрослоистых пленок Cu-Ni, полученных в импульсных режимах электроосаждения// Тезисы докладов конференции “Технологии ремонта машин, механизмов и оборудования” .-Киев1999 .-С .47.

13. Заблудовский ВА, ПГтапенко Э.Ф., Грибок B.C., Ганич Р.Ф. Особенности формирования структуры металлических пленок в импульсных режимах электроосаждения// Тези доповідей" Другої Міжнародної конференції “Наука і освіта’99”. - Київ-Дніпропетровськ-Луганськ-Черкаси-Дніпродзержинськ,- 1999.-Г.2.-С.30-31.

14. Zabludovsky V.A., Gribok V.S., Ganich R.Ph., Gulivets A.N. Preparation of multilayer Cu-Ni films for GMR// 8tt European Magnetic Materials and Applications Conference.- Kyiv.-2000- P.81.

15. Заблудовский B.A., Штапенко Э.Ф., Грибок B.C., Гуливец A.H., Ганич Р.Ф., Гаджилов М.В. Магнитные многослойные пленки, полученные программным импульсным электролизом / Новые магнитные материалы микроэлектроники. Сборник трудов XVII Международной школы-семинара. Москва, 2000 г. - С.56-58.

Грибок B.C. Структура та властивості міді і багатошарових плівок мідь-нікель, отриманих при імпульсному електролізі.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01,04.07-фізика твердого тіла, Дніпропетровський державний університет, Дніпропетровськ, 2000.

В дисертації досліджено вплив режимів імпульсного струму на умови кристалізації міді. Показано, що окрім абсолютного значення величини катодного пересичення на формування структури значно впливає і швидкість її зміни.

Використання уніполярного, біполярного га програмованого імпульсного струму дозволяє змінювати структуру міді в поперечному перерізі у широкому діапазоні: стовпчаста крупнокристалічиа, стовпчаста дрібнокристалічна, блочна, мікрошарова. В залежності від параметрів імпульсного струму в роботі досліджено електричні га механічні властивості елеетроосадженої міді.

Програмованим імпульсним струмом, із одного електроліту отримано багатошарові плівки Си-№ з різною товщиною та структурою відповідних шарів. Проведено теоретичний розрахунок та експериментальна перевірка міцності та електричних властивостей цих плівок. На основі проведених дос;;іл>Кіт;й запропоновані найбільш оптимальні режими отримання багатошарових мідних і мідно-нікелевих плівок з необхідним комплексом властивостей.

Ключові слова: пересичення, структура, ренттепоструктурний аналіз, міцність, електропровідність, багатошаровики.

Gribok V.S. The structure and properties of copper and copper-nicel multilayer films, obtained by pulsed electrolysis.

Thesis for a candidate degree by specialyte 01.04.07-solid state physics.-Dnepropetrovsk State University. Dnepropetrovsk 2000.

The influence of pulse current regims on the condition of the crystalisation have been stadied. The maximum magnitude of cathode supersaturation parallel with the rate of its changing is found to have an essential influence on forming the structure copper. Is establishment, thet the use of unipolar, bipolar and program-controlled pulse current allows to changed of structures crossection of the copper in wide range: colunuiic large crystallite, columnic small crystallite, mosaice, microlayer. The electrical and mechanical properties is investigation wich depend from parameters of pulse current.

The multilayer bemetallic films Cu-Ni with different thickness and structure of layers was obtained from sulphate electolyte by use of program-controlled pulse current. The theoretical calculation and experimental control of microhardness and electrical properties was made. The optimal regimes of obtaining multilayers Cu-Ni films with complect propertions was proposed.

Key •words: supersaturation, structure, X-ray structures analysis, hardness, electroconductivity, multilayers.

Грибок B.C. Структура и свойства меди и многослойных пленок медь-никель, полученных при импульсном электролизе. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела,-Днепропетровский государственный университет, Днепропетровск, 2000.

В диссертации исследовано влияние режимов импульсного тока на условия кристаллизации меди. Показано, что помимо абсолютного значения величины катодного пересыщения на формирование структуры немаловажную роль оказывает и скорость ее изменения. Использование униполярного импульсного тока позволяет получать мелкокристаллическую высокодефектную структуру меди с размером блоков мозаики 130 нм и количеством дефектов упаковки 6-г7°/о, в поперечном сечении характерной является столбчасш-послойный рост.

Установлено, что в зависимости от режимов обратных импульсов тока, их влияние на формирование структуры двояко. При переходе к биполярному импульсному току с ПЛОТНОСТЬЮ обратных импульсов тока jo6p.s jogpjpsffl. размер блоков мозаики уменьшается, достигая значения 90 нм; характер роста в поперечном с«чекии не изменяется. С увеличением jo6pjisffl. в поперечном сечении характерной становится блочная (крупнокристаллическая) структура. Использование программного импульса тока позволило получить микрослоистую медь. В зависимости от параметров импульсного тока в работе исследованы электрические и механические свойства электр оосаэденнсй меди.

Используя программный импульсный ток, из одного сульфатного электролита были получены многослойные биметаллические пленки Cu-Ni с различной толщиной и структурой соответствующих слоев. Проведен теоретический расчет и экспериментальная проверка прочностных и электрических свойств этих многослойных пленок. Предложена эмпирическая формула для расчета прочности многослойных пленок Cu-Ni, учитывающая эффект упрочнения слоев (за счет разности модулей упругости матричного и армирующего материла), и их толщину.

На основании проведенных исследований предложены наиболее оптимальные режимы получения многослойных медных и медно-никелевых пленок с необходимым комплексом свойств.

Ключевые слова пересыщение, структура, рентгеноструктурный анализ, прочность, электропроводность, многослойники.