a-聯(lián)吡啶]fexp(-Ea3/RT)
υ4=K[Cu2+]a[HCHO]b[OH-]c[ED-TA4-]d[K4Fe(CN)6]e[a,a’-聯(lián)吡啶]fexp(-Ea4/RT)
因為[Cu2+]、[HCHO]、[OH-]、[ED-TA4-]濃度保持不變,故可令A=K[Cu2+]a[HCHO]b[OH-]c[EDTA4-]d為常數(shù),所以上述方程式可簡化為:
υ1=Aexp(-Ea1/RT)(1)
υ2=A[K4Fe(CN)6]eexp(-Ea2/RT)(2)
υ3=A[a,a’-聯(lián)吡啶]fexp(-Ea3/RT)(3)
υ4=A[K4Fe(CN)6]e[a,a’-聯(lián)吡啶]f
exp(-Ea4/RT)(4)
式中Ea為沉積銅的化學反應活化能,T為工作溫度,a、b、c、d、e、f、e’、f’為動力學參數(shù)。
4 結(jié)果與討論
4.1 化學鍍銅活化能和沉積速率
圖1為實驗所得的銅沉積速率與鍍液的工作溫度的變化關系,圖中直線為計算機模擬所得。表1則表示對應于圖1的斜率和截距。由圖1可知,在同一鍍液溫度下,相對于不含添加劑鍍液(曲線1),a,a’-聯(lián)吡啶、K4Fe(CN)6的加入,使得銅沉速率下降,可見它們對銅的化學沉積有阻礙作用;沉積速率的對數(shù)值(1n)與鍍液溫度的倒數(shù)(1/T)呈直線關系,其斜率分別為3832.1、4438.3、6311.7和5712.1,據(jù)此可計算出銅化學沉積反應對應的活化能分別為Ea1=31.9KJ/mol、Ea2=36.9KJ/mol、Ea3=52.5KJ/mol、Ea4=47.5kJ/mol。
化學鍍銅沉積速率受兩方面因素的影響,一是化學沉銅活化能,二是受添加劑動力學參數(shù)影響的動力學過程。這可從(2)、(3)、(4)方程式看出。由于1nυ與1/T呈線性關系,各直線都有一固定的斜率和截距(如表1)。斜率反映出這種鍍液中沉積銅的活化能大小,而截距則確定鍍液中沉積銅的動力學過程;罨芎蛣恿W過程共同決定鍍速的大小。將圖1中的曲線1與2、3或4進行比較,可推測在溫度高到一定值時,兩條直線將相交,低于交點溫度,活化能起主要作用;高于交點溫度,動力學過程起主要作用。當活化能起主要作用時,鍍速隨活化能減小而增大;而當動力學過程起主要作用時,即使銅沉積活化能較大,沉積速率仍較大。
表1 對應于圖1的斜率和截距
鍍液 斜率 活化能(KJ/mol) 截距
1 3832.1 31.9 14.3
2 4438.3 36.9 15.9
3 6311.7 52.5 20.9
4 5712.1 47.5 18.7
表2 不同溫度下的沉銅速率 mg/cm2·h
溫度(℃) 35 40 45 50 55 60 65 70