ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА С МАГНИТНОЙ СИСТЕМОЙ
ELECTROCHEMICAL CELL WITH MAGNETIC SYSTEM

Устройство предназначено для проведения электрохимических реакций в магнитном поле с возможностью контроля проведения процесса. Более конкретно устройство можно использовать в микроэлектронике для создания магнитно-ориентированных структур на поверхностях подложек.
Известна электрохимическая ячейка с магнитной системой, включающая камеру с электролитом, где расположена подложка, электрически соединенная с блоком управления и магнитная система, сопряженная с подложкой [1].
Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.
Недостаток этого устройства заключается в том, что в нем отсутствует система контроля электрохимических реакций, что сказывается на качестве конечного продукта.
Технический результат изобретения заключается в повышении качества конечного продукта.
Указанный технический результат достигается тем, что в электрохимическую ячейку с магнитной системой, включающую основание, камеру с электролитом, где расположена подложка, электрически соединенная с блоком управления, по меньшей мере, один электрод также электрически соединен с блоком управления и магнитная система, сопряженная с подложкой, введен блок анализа поверхности подложки, на основании установлен координатный стол с блоком стабилизации температуры и датчиком температуры, сопряженным с камерой с электролитом.
Существует вариант, в котором камера с электролитом подключена к блоку подачи газа.
Возможен вариант, где камера с электролитом содержит замкнутый объем с оптически прозрачным входным окном, сопряженным с блоком анализа поверхности подложки, в качестве которого используют оптический микроскоп.
Существует также вариант, в котором камера с электролитом содержит квазизамкнутый объем с окном, сопряженным с блоком анализа поверхности подложки, в качестве которого используют сканирующий зондовый микроскоп.
Возможен также вариант, где в качестве магнитной системы используют постоянный и (или) переменный магнит.
На чертеже изображена электрохимическая ячейка с магнитной системой.
Устройство содержит основание 1, на котором закреплен координатный стол 2, осуществляющий перемещение в плоскости XY. Подробно координатный стол см. в [2].
На столе 2 установлена система охлаждения 3 со штуцерами 4 и 5 соответственно подачи проточной воды и отвода проточной воды, соединенными с трубопроводом 6, подключенным к блоку охлаждения (не показан). В простейшем случае это может быть стационарная система водоснабжения. Система охлаждения 3 может состоять из медной трубки, припаянной к медному экрану (не показаны).
На системе 3 закреплен блок стабилизации температуры 7, выполненный в виде элемента Пельтье, а также датчик температуры 8 - в виде термопары.
Блок стабилизации температуры 7 и датчик температуры 8 подключены к блоку поддержания температуры 9. Подробно выполнение этих элементов см. в [3]. На координатном столе 2 закреплена магнитная система 10, которая может состоять из постоянных магнитов, а также быть выполненной в виде электромагнита, подключенного к блоку постоянного и (или) переменного напряжения 11. На системе термостабилизации 7 закреплена электрохимическая ячейка 12, содержащая камеру 13 с электролитом 14. Камера 13 может быть изготовлена из фторопласта или кварца. В ячейке 12 закреплен образец 15 посредством пружинного контакта 16, а также установлены электроды 17 и 18.
При этом контакт 16, а также электроды 17 и 18 через предусилитель 19 подключены к бипотенциостату 20. На камере 13 установлена крышка 21 с окном 22, образующие замкнутый либо квазизамкнутый объем 23. К камере 13 могут быть подключены штуцеры 24 и 25 для подачи и отвода газа, соединенные с системой подачи газа (не показана). В качестве такой системы может использоваться баллон инертного газа с трубопроводом и натекателем.
На основании 1 установлен блок анализа поверхности подложки 26 с блоком управления 27. В качестве блока 26 может использоваться оптический микроскоп с блоком питания (управления) 27. В этом случае в окне 22 может быть установлена оптически прозрачная перегородка, образующая оптически прозрачное входное окно (не показано). Установка блока 26 на основании 1 может быть осуществлена посредством кронштейна 28, либо с использованием опор, являющихся составной частью блока 26 (не показано).
Кроме этого в качестве блока 26 может использоваться сканирующий зондовый микроскоп. Подробно описание сканирующих зондовых микроскопов с жидкостными и электрохимическими ячейками см. в [4, 5, 6, 7, 8, 9].
Устройство работает следующим образом. В электрохимическую ячейку 12 устанавливают образец 15, электроды 17 и 18 и наливают электролит 14. На электроды 17 и 18, а также подложку 15 в зависимости от технологических требований подают потенциалы и проводят электрохимическую реакцию. При этом подложка 15 может быть заземлена, а также находится под потенциалом. При использовании в качестве блока 26 оптического микроскопа можно наблюдать интенсивность процесса реакции на поверхности подложки 15 по плотности выделения пузырьков газа, а также равномерность процесса. По изменению цвета поверхности подложки можно качественно судить о толщине покрытия.
При использовании в качестве блока 26 сканирующего зондового микроскопа, процесс контроля осуществляется с помощью бипотенциостата. Подробно описание СЗМ вместе с бипотенциостатом см. в [6, 7, 8, 9].
Электрохимический процесс осаждения пленок, таких как CoW, CoNi, может происходить в магнитном поле. При этом на поверхности подложки возможно формирование магнитно-ориентированных кристаллов. Более подробно этот процесс описан в [10, 11, 12, 13, 14, 15].
Использование в электрохимической ячейке блока анализа поверхности подложки позволяет проводить оперативный контроль проведения электрохимической реакции, что улучшает качество конечного продукта.
Применение координатного стола, установленного на основании, позволяет осуществлять выбор зоны измерения, что также улучшает качество конечного продукта.
Использование блока стабилизации температуры с датчиком температуры, сопряженных с камерой с электролитом, обеспечивает поддержание требуемых режимов проведения процесса, а это обеспечивает заданное качество конечного продукта.
Подключение камеры с электролитом к блоку подачи газа стабилизирует состав газовой атмосферы в зоне реакции. Это повышает чистоту проведения реакции и делает эксплуатацию устройства более безопасной.
Использование замкнутого объема с оптически прозрачным окном, сопряженным с блоком анализа поверхности подложки, дополнительно повышает чистоту проведения реакции и безопасность устройства.
Применение в качестве блока анализа поверхности подложки оптического микроскопа позволяет быстро и просто осуществлять контроль электрохимической реакции.
Использование квазизамкнутого объема с окном, сопряженного со сканирующим зондовым микроскопом, позволяет осуществлять контроль электрохимической реакции с высокой степенью точности.
Применение в качестве магнитной системы постоянного и (или) переменного магнита расширяет функциональные возможности устройства, а также за счет оптимального подбора соотношения магнитных полей повышает качество конечного продукта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент JP 2006184294, 13.07.2006.
2. Патент RU 2255321, 27.06.2005.
3. Parstar 2273, www.sctbnord.com.
4. Патент RU 2210731, 20.08.2003.
5. Патент RU 2210818, 20.08.2003.
6. Патент RU 2248600, 20.03.2005.
7. Патент JP 8015285, 19.01.1996.
8. Патент JP 2003035640, 07.02.2003.
9. Патент US 5885434, 23.03.1999.
10. Патент CN 1547079, 12.12.2003.
11. Патент JP 11072437, 16.03.1999.
12. Патент JP 10174974, 30.06.1998.
13. Патент JP 8005422, 12.01.1996.
14. Патент US 2007/0056849, 15.03.2007.
15. Мелихова Н.И. Влияние однородного магнитного поля на электрохимические процессы. Изв. ТулГУ. Сер. Химия и электрофизикохимические воздействия на материалы. Вып.2. Тула, 2001. С.102-104.