ЭЛЕКТРОЛИТ ХРОМИРОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК C25D3/06 

Изобретение относится к электрохимии, в частности к получению хромовых покрытий на полупроводниковых материалах, таких как силициды 3d-переходных металлов и низкоомный кремний.

Одной из актуальных задач полупроводникового приборостроения (в частности, при изготовлении термогенераторов), работающих в условиях высоких температур и повышенной радиации является необходимость создания на поверхности кремния и силицидов 3d-переходных металлов (MnSi_1,75, CoSi, FeSi₂) коммутационных металлических пленок хрома с низким удельным сопротивлением переходной области металл-полупроводник.

Такие пленки используются как защитные прослойки между коммутационным металлическим покрытием и материалом полупроводника и предотвращают растворение никеля в силициде при температуре горячего конца термогенератора 800 900^oC.

В гальванике наиболее распространены электролиты на основе хромового ангидрида и серной кислоты с различными добавками. Известен электролит, хромирования, содержащий хромовый ангидрид, серную и борную кислоты, при следующем содержании компонентов (в г/л) [1]
Хромовый ангидрид 350 400
Серная кислота 3,5 4
Борная кислота 8 10
Известный электролит обладает хорошей кроющей способностью при нанесении защитно-декоративных покрытий на детали машин, но при осаждении хрома на низкоомный кремний и силициды 3d-переходных металлов (таких как MnSi_1,75, CoSi, FeSi₂) не обеспечивает необходимое химическое сцепление покрытия с подложкой.

Известен электролит для нанесения хромовых покрытий, содержащий хромовый ангидрид, фтористоводородную кислоту и глицид глицилглицин при следующем соотношении компонентов, г/л [2]
Хромовый ангидрид 200 300
Фтористоводородная кислота 0,1 1,0
Глицилглицилглицин 0,2 1,0
Известный электролит не обеспечивает получения блестящих хромовых покрытий, а позволяет получать лишь черные покрытия.

Известен электролит хромирования, содержащий хромовый ангидрисерную кислоту и искусственный технический криолит, а также карбоновую кислоту, выбранную из группы, включающей щавелевую, лимонную, винную кислоты при следующем соотношении компонентов, г/л [3]
Хромовый ангидрид 150 250
Серная кислота 0,5 2,0
Искусственный технический криолит (в пересчете на фтор) 4,0 9,0
Карбоновая кислота 0,5 2,0
Известный электролит обеспечивает стабильность состава при хромировании, но не обеспечивает хорошее качество покрытий на силицидосодержащих материалах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электролит хромирования, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту и сахарозу, взятые в соотношении, г/л [4]
Хромовый ангидрид 50 300
Серная кислота 8 10
Сахароза 4 5
Дистиллированная вода Остальное
Недостатком данного электролита является невозможность использования его для нанесения хрома на силициды 3d-переходных металлов и низкоомный кремний, так как он не позволяет производить полирующие травление активацию поверхности образцов, в результате которой удельное сопротивление границы металл-полупроводник снижается.

Задача изобретения разработка такого электролита, который бы обеспечивал электрохимическое нанесение хромовых покрытий с низким удельным сопротивлением границы металл-полупроводник и хром-низкоомный кремний, хромсилициды 3d-переходных металлов таких, как MnSi_1,75, CoSi, FeSi₂ и др.).

Задача решается тем, что в электролит хромирования, включающий хромовый ангидрид, серную кислоту, сахарозу, дистиллированную воду, дополнительно введены фтористоводородная кислота, борная кислота и хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид 500 600
Фтористоводородная кислота 100 115
Серная кислота 10 20
Сахароза 8 10
Борная кислота 8 10
Хлорид натрия 4 5
Дистиллированная вода Остальное
Введение фтористоводородной кислоты позволяет осуществить реверсивно активирование поверхности силицидов и кремния перед гальваническим осаждением металла и, таким образом, обеспечивает хорошую адгезию пленки металла к полупроводнику. При этом борная кислота смещает равновесную реакцию Cr⁺³⇄ Cr⁺⁶ происходящую в объеме электролита, в сторону образования Cr⁺³, что обеспечивает стабильность состава электролита по данному иону и, следовательно, способствует получению покрытия с необходимыми свойствами. Введение хлорида натрия увеличивает электропроводность раствора, тем самым предотвращая его перегрев, приводящий к изменению структуры электролита. В совокупности, взятые в указанном выше соотношении компоненты предлагаемого электролита обеспечивают получение хромового покрытия на полупроводнике (низкоомном кремний и силицидах 3d-переходных металлов) с повышенной адгезией и с удельным сопротивлением границы металл-полупроводник, не превышающем 10^-6 Ом•см.

Как было установлено авторами, электролиты с концентрацией ингредиентов, выходящей за указанные выше верхние и нижние пределы, образуют пленки хрома, лишенные блеска, хрупкие, с высоким удельным сопротивлением переходной области металл-полупроводник.

Авторам не известна из уровня техники предлагаемая совокупность признаков, хотя по отдельности компоненты предлагаемого электролита известны в качестве составных частей других составов электролитов, однако их использование в отличие от предлагаемой совокупности признаков приводит к иному техническому результату, не обеспечивающему низкое удельное сопротивление границы металл-полупроводник.

Электролит хромирования с предлагаемым составом в отличие от известных способен химически и электрохимически стравливать с поверхности используемых образцов любые окисные, шламовые и металлические пленки (в частности Ni, Co, Cr), являясь при этом полирующим для материала образцов. Присутствие в электролите ионов хлора не нарушает процесс полировки, что явным образом не следовало из сведений, отражающих мировой уровень техники и не было очевидным.

После реверсивной активации, вероятно, происходит химическое взаимодействие пленки хрома с материалом образцов (при попытке отделения пленка отслаивается вместе с материалом полупроводника).

Предлагаемый состав позволяет получать хромовые покрытия с низким удельным сопротивлением на границе хром-полупроводник, т.е. решать задачу изобретения.

Примеры. Было приготовлено 5 образцов электролита хромирования с содержанием компонентов, указанным в таблице. Электролит приготовляли следующим образом. Хромовый ангидрид, серную кислоту и сахарозу растворяли в отдельных порциях дистиллированной воды, после чего растворы сливали во фторопластовую емкость и сразу же закрывали крышкой, чтобы избежать разбрызгивания из активного газовыделения. После охлаждения к раствору добавляли борную кислоту и хлорид натрия. При этом балансная реакция Cr⁺³⇄ Cr⁺⁶ смещалась в сторону образования Cr⁺³.

В последнюю очередь добавлялась фтористоводородная кислота, являющаяся комплексообразователем для ионов Cr⁺³. Приготовленные образцы добавлялась дистиллированная вода до необходимого объема. Работу с электролитом проводят во фторопластовой или стеклографитовой посуде. Электролит не требует проработки раствора электрическим током.

При работе в качестве катода использовали образцы кремния КДБ 0,005 легированные индием, силициды 3d-переходных металлов (таблица), в качестве анода стеклографитовая емкость. При пропускании через электролит тока плотностью 600 А/дм в течение 15 с при комнатной температуре осаждение хрома наблюдалось на всех образцах. Толщина полученных покрытий составляла 2,5 мкм.

Изобретение относится к электрохимии, в частности к электролитам для получения хромовых покрытий на силициды 3 переходных металлов (MnSi_1,75, CoSi, FeSi₂ и др.) и низкоомный кремний. Предлагаемый состав позволяет получать пленки хрома с низким удельным сопротивлением пограничной области хром -полупроводник. Электролит содержит хромовый ангидрид, серную кислоту, сахарозу и дистиллированную воду. Дополнительно в электролит введена фтористоводородная кислота, борная кислота и хлорид натрия. Электролит имеет следующее соотношение ингредиентов, г/л: хромовый ангидрид 500 - 600; серная кислота 18 - 20; сахароза 8 - 10; фтористоводородная кислота 100 - 115; борная кислота 8 - 10; хлорид натрия 4 - 5; дистиллированная вода - остальное. 1 табл.

Электролит хромирования, содержащий хромовый ангидрид, серную кислоту, сахарозу и дистиллированную воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит фтористоводородную кислоту, борную кислоту и хлорид натрия при следующем соотношении компонентов, г/л:
Хромовый ангидрид 500 600
Серная кислота 18 20
Сахароза 8 10
Фтористоводородная кислота 100 115
Борная кислота 3 10
Хлорид натрия 4 5
Дистиллированная кислота Остальноем