徐 晨，劉德榮，劉 磊，胡文彬，吳 忠

(上海交通大學(xué) 金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

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微區(qū)電沉積技術(shù)及其研究進(jìn)展*

徐 晨，劉德榮，劉 磊，胡文彬，吳 忠

(上海交通大學(xué) 金屬基復(fù)合材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

微納尺度的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)造技術(shù)存在成本高、效率低、環(huán)境依賴性強(qiáng)等問題，微區(qū)電沉積技術(shù)的發(fā)展在一定程度上解決了上述問題。介紹了微區(qū)電沉積的技術(shù)原理、過程控制以及研究現(xiàn)狀，討論了微區(qū)電沉積研究中的參數(shù)優(yōu)化、過程模擬與技術(shù)發(fā)展，并對微區(qū)電沉積技術(shù)未來的研究重點(diǎn)與發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

微區(qū)電沉積；3D結(jié)構(gòu)；技術(shù)概況

0 引 言

微型電子器件快速三維成型技術(shù)的發(fā)展使其應(yīng)用領(lǐng)域得以拓寬，包括顯示設(shè)備、固態(tài)照明設(shè)備、可穿戴電子產(chǎn)品、生物醫(yī)學(xué)工程設(shè)備[1]、集成電路芯片[2]等。隨著科技發(fā)展，材料三維微納結(jié)構(gòu)的加工方式變得多種多樣，如LIGA技術(shù)[3]、聚焦離子束化學(xué)氣象沉積技術(shù)[4]、激光輔助化學(xué)氣相沉積技術(shù)[5]和紫外線立體光刻技術(shù)[6]等。但以上幾種加工技術(shù)成本普遍較高，而且對制備環(huán)境要求苛刻。此外，LIGA技術(shù)工藝復(fù)雜且不易制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)；聚焦離子束化學(xué)氣象沉積技術(shù)和激光輔助化學(xué)氣象沉積技術(shù)等產(chǎn)率低下，而且沉積材料選擇有限；紫外線立體光刻技術(shù)受其加工原理限制無法實(shí)現(xiàn)亞微米級別微細(xì)結(jié)構(gòu)的制備且同樣對加工材料的選擇有較高的要求。近幾十年來，電化學(xué)加工技術(shù)也逐漸進(jìn)入了微納加工技術(shù)的研究領(lǐng)域，其可加工精度高，可加工材料種類多樣，包括金屬、合金、導(dǎo)電高分子、半導(dǎo)體等。在電化學(xué)加工技術(shù)中，國內(nèi)外對微細(xì)電解加工技術(shù)的研究較多[7-10]，但對微區(qū)電沉積技術(shù)關(guān)注較少。微區(qū)電沉積(localized electrochemical deposition (LED))的概念于20年前首次被提出[11]。作為一種經(jīng)濟(jì)可行的三維微結(jié)構(gòu)加工方法，微區(qū)電沉積技術(shù)在解決微加工領(lǐng)域各項(xiàng)難題的過程中有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。所謂微區(qū)電沉積即一種在電解液中利用極小尺寸的可移動陽極尖端近距離在陰極基板上的微小范圍內(nèi)進(jìn)行電化學(xué)沉積，進(jìn)而形成一定微細(xì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。由于沉積區(qū)域的大小取決于陽極針尖的尺寸，故此技術(shù)采用微加工得到極細(xì)的陽極針尖(如掃描探針顯微鏡用的各種針尖)即可以實(shí)現(xiàn)亞微米甚至納米尺度的精細(xì)控制[11]，進(jìn)而從原理上克服前文中提到的各項(xiàng)技術(shù)中所存在的精度缺陷。此外，微區(qū)電沉積技術(shù)在幾何結(jié)構(gòu)多功能性方面具備更為靈活的設(shè)計(jì)可行性，能構(gòu)造復(fù)雜的三維精細(xì)結(jié)構(gòu)。

目前，微區(qū)電沉積技術(shù)的研究主要集中在3個方面：(1) 微區(qū)電沉積過程中各參數(shù)對沉積速率及沉積結(jié)構(gòu)性能的影響與調(diào)控優(yōu)化，其影響參數(shù)包括電極電勢、電解液濃度、有機(jī)添加劑、電解槽的攪拌狀態(tài)與溫度、電極探針的尺寸及移動速率、探針外包覆的絕緣層、陰極板的狀態(tài)等；(2) 微區(qū)電沉積技術(shù)沉積機(jī)理的建模研究；(3) 微區(qū)電沉積構(gòu)造三維微納結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究。總體來說，以上研究主要致力于微區(qū)電沉積的過程控制、參數(shù)優(yōu)化和應(yīng)用發(fā)展。然而，在微區(qū)電沉積技術(shù)作為微結(jié)構(gòu)制造方法納入商業(yè)生產(chǎn)之前，仍有許多問題亟待解決，包括沉積過程的可重復(fù)性、微細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸精度的可控性、結(jié)構(gòu)的幾何復(fù)雜性、制備過程的自動化程度、產(chǎn)業(yè)集成度等等。本文將在重點(diǎn)介紹微區(qū)電沉積技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對其可預(yù)期的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

1 技術(shù)原理

微區(qū)電沉積技術(shù)涉及微小區(qū)域內(nèi)的電化學(xué)沉積原理，其示意圖如圖1[11]所示。陽極探針尖端浸沒于電解液中并置于陰極基板附近，在陽極針尖與陰極基板間加載電勢，電沉積過程即發(fā)生在尖端與基板之間。受電場分布的限制，電沉積過程僅在陽極尖端下極小的區(qū)域內(nèi)發(fā)生，如圖1(a)所示。隨著沉積物的生成，電流反饋回路觸發(fā)步進(jìn)電機(jī)控制器控制陽極尖端相應(yīng)移動，以引導(dǎo)沉積產(chǎn)物形成特定的形貌結(jié)構(gòu)，如圖1(b)所示。理論上，陽極尖端的尺寸決定了沉積產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的精度，并且任何連續(xù)復(fù)雜的沉積物結(jié)構(gòu)都是可實(shí)現(xiàn)的。對于電化學(xué)過程來說，此過程既可以是沉積過程，也可以是刻蝕或者拋光過程。

圖1 微區(qū)電沉積原理示意圖和技術(shù)設(shè)備示意圖[11]

從圖1也可以看出，微區(qū)電沉積技術(shù)的控制關(guān)鍵在于兩個部分：一部分是電化學(xué)沉積反應(yīng)；另一部分是沉積產(chǎn)物微結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。

在微區(qū)電沉積的電化學(xué)反應(yīng)過程中，諸多因素均會影響金屬離子的陰極還原過程和新生態(tài)金屬原子在電極表面的結(jié)晶過程。上述過程中包括的液相傳質(zhì)、前置轉(zhuǎn)化、電荷傳遞和電結(jié)晶等單元步驟都與傳統(tǒng)電沉積過程類似[12]，唯一不同的是微區(qū)電沉積過程僅發(fā)生在陽極尖端區(qū)域，且與尖端尺寸相當(dāng)?shù)臉O小區(qū)域范圍內(nèi)。

要利用微區(qū)電沉積技術(shù)沉積形成獨(dú)立的三維微結(jié)構(gòu)，不僅要研究控制沉積過程的電化學(xué)反應(yīng)，同時也要合理設(shè)計(jì)陽極尖端的幾何形態(tài)與移動軌跡。其中，微區(qū)電沉積技術(shù)所采用的陽極及其尖端與傳統(tǒng)電沉積采用的陽極形態(tài)不同[13]，一般由導(dǎo)電微絲嵌入玻璃微管使其四周除頂端外密封絕緣制備得到，然后對其進(jìn)行拋光形成一個盤狀底端，如圖2(a)和(b)所示。也有一些方法是用環(huán)氧樹脂包覆導(dǎo)電微絲或微型導(dǎo)電探針，但在尖端處露出幾微米高的錐形導(dǎo)體，如圖2(c)所示。其它制備方法則一般使用微加工形成的探針，目前主要用做掃描探針顯微鏡探針，如圖2(d)所示；另一方面，陽極尖端移動速率與沉積速率的協(xié)同關(guān)系也會對沉積產(chǎn)物的形貌與可重復(fù)性有著重要影響。隨著沉積過程的進(jìn)行，沉積物與陽極針尖的距離減小，反映為沉積電流逐漸增大[12]，若電流急劇增大則說明沉積速率與陽極按特定軌跡撤離沉積物的速率不匹配，進(jìn)而導(dǎo)致沉積物與陽極尖端發(fā)生了直接接觸。因此對沉積電流的監(jiān)測可用于陽極撤離沉積物的反饋，如圖1(b)所示。

圖2 微區(qū)電沉積采用的各種陽極[13]

2 過程控制

如上所述，微區(qū)電沉積技術(shù)的研究內(nèi)容包括過程控制、參數(shù)優(yōu)化及應(yīng)用發(fā)展等方面，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報道，目前的研究主要集中于采用微區(qū)電沉積技術(shù)構(gòu)造直線或曲線的線性結(jié)構(gòu)。如圖3所示為通過微區(qū)電沉積構(gòu)造的Ni微柱的掃描電鏡形貌[14]。上述微區(qū)電沉積過程使用Pt/Ir陽極探針，探針包覆環(huán)氧樹脂作為絕緣層，露出尖端為圓錐形，圓錐頂端有效半徑約1 μm，使用鍍Ni電解液(1 mol/L NiSO4，2 mol/L NH3，2 mol/L HCOONH4)，加載的電極電勢為4.5 V，使用的步進(jìn)電機(jī)的精度為5 nm，陽極尖端移動速率為2～4 μm/s。目前，圍繞微區(qū)電沉積技術(shù)制備的精細(xì)結(jié)構(gòu)都類似于圖3所示的微柱結(jié)構(gòu)，或在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)修飾。

圖3 微區(qū)電沉積技術(shù)構(gòu)造的Ni微柱掃描電鏡圖[14]

2.1 參數(shù)優(yōu)化

電化學(xué)沉積原理已有大量文獻(xiàn)著作闡述，但微區(qū)電沉積有其自身特征，因此，研究微區(qū)電沉積過程中各項(xiàng)參數(shù)對沉積物形貌與性能的影響具有十分重要的意義。

2.1.1 電極電勢

微區(qū)電沉積過程中，電極尖端電勢對沉積結(jié)構(gòu)的沉積速率和孔隙度都有較大的影響。圖4[15]揭示了電極尖端電勢對銅沉積電流和沉積速率的影響。從圖4的結(jié)果可以看出，雖然尖端電流與沉積速率均隨電極電勢有著相似的變化趨勢，但最大沉積速率在電極電勢約4.3 V處，而最大的尖端電流則在電極電勢約4.8 V處。這是由高沉積電流時電極尖端附近電解液的消耗所造成的，并且如果電勢超過某個臨界值，電極尖端的電流可能會超過極限電流，從而導(dǎo)致陽極處的氧氣氣泡大量聚集進(jìn)而阻礙沉積結(jié)構(gòu)的生長，表現(xiàn)為沉積速率的下降。類似的情況也發(fā)生在多孔海綿狀結(jié)構(gòu)的沉積過程中[16]。因此，調(diào)整電極電勢至合適的大小對于獲得最大的沉積速率同時保持理想的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是十分重要的。從圖4還能看出，在電極電勢為4.3 V處可以達(dá)到的最大的沉積速率，接近15 μm/s，而常規(guī)電沉積的沉積速率約為0.03 μm/s[11]。這是由于電極尖端與陰極板間極小區(qū)域內(nèi)極高的電場強(qiáng)度導(dǎo)致的，使得微區(qū)電沉積具有較高的沉積效率。此外，電極電勢的調(diào)節(jié)也需要與陽極的后撤速度相協(xié)調(diào)，此點(diǎn)將在下文中進(jìn)行闡述。

圖4 微區(qū)電沉積銅時的尖端電流和沉積速率關(guān)于電極電勢變化特征曲線[15]

2.1.2 電解液濃度

常規(guī)電沉積過程中，電解液濃度對沉積物的結(jié)構(gòu)與性能有著顯著的影響。類似的，在微區(qū)電沉積技術(shù)的研究中也發(fā)現(xiàn)了相應(yīng)的影響規(guī)律，電解液濃度變化會導(dǎo)致沉積產(chǎn)物結(jié)構(gòu)性能的顯著差異。El-Giar等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在微區(qū)電沉積銅的過程中，電解液中銅離子濃度對沉積銅的形貌結(jié)構(gòu)有較大影響，當(dāng)銅離子濃度低于0.125 mol/L時形成粗糙、海綿狀、不規(guī)則、高孔隙度的沉積物，但電解液濃度的改變對銅的微區(qū)電沉積速率并無較大影響。Jansson等[14]在微區(qū)電沉積鎳的過程中發(fā)現(xiàn)，電解液濃度不僅對沉積鎳的形貌有影響，也會導(dǎo)致沉積速率的改變，稀釋后的電解液導(dǎo)致沉積產(chǎn)物孔隙增多且沉積速率下降。

2.1.3 添加劑

為了獲得合適的沉積形貌與性能，電沉積過程中往往會加入添加劑。在微區(qū)電沉積技術(shù)的研究中，也發(fā)現(xiàn)了添加劑的顯著作用。El-Giar等[16]研究表明，銅電解液中少量添加有機(jī)物如硫脲和膠原蛋白膠可以顯著影響沉積銅的微觀結(jié)構(gòu)，上述添加劑通過影響銅電解還原反應(yīng)機(jī)理進(jìn)而得到表面更平滑、晶粒更細(xì)小的沉積銅微柱。類似的現(xiàn)象在鎳微區(qū)電沉積過程中也被發(fā)現(xiàn)，Jansson等[14]加入了甲酸銨，一方面作為電解液pH值緩沖劑；另一方面增強(qiáng)對流作用從而提高了電流交換密度，最終得到更細(xì)致的微區(qū)電沉積鎳結(jié)構(gòu)。Pané等[17]研究了糖精(saccharine)對微區(qū)電沉積富銅-銅鎳合金微柱的形貌結(jié)構(gòu)與性能的影響，結(jié)果表明糖精的加入使得合金微柱的孔隙率減小，硬度和彈性模量提高，飽和磁化強(qiáng)度提高。

2.1.4 其它參數(shù)

其它的參數(shù)諸如沉積溫度、電流波形、攪拌方式等的研究相對較少，Yeo等[18-21]通過研究發(fā)現(xiàn)在微區(qū)電沉積過程中引入超聲振動能夠提高沉積速率、改善沉積物形貌。Lin等[22]研究了脈沖電流對微區(qū)電沉積銅的微觀形貌的影響，發(fā)現(xiàn)隨著脈沖電壓和占空比的增大，銅的沉積物形貌變得愈發(fā)不規(guī)則且孔隙率也隨之增大?？傮w而言，上述各項(xiàng)參數(shù)對微區(qū)電沉積過程中沉積速率、沉積形貌與性能的影響與常規(guī)電沉積過程基本一致。

2.2 過程模擬

對于微區(qū)電沉積技術(shù)而言，過程模擬能夠幫助預(yù)測各項(xiàng)參數(shù)對沉積速率和沉積產(chǎn)物形貌特征的影響，闡明沉積過程的機(jī)理。

根據(jù)法拉第定律[23]，電沉積表面任意處的沉積速度公式為

(1)

大量實(shí)驗(yàn)研究表明，沉積產(chǎn)物顆粒尺寸取決于電流密度，以下公式描述了沉積物的晶粒團(tuán)簇尺寸與電流密度的關(guān)系[24]

(2)

其中，VM表示摩爾體積，f(η)是過電位的函數(shù)，其表示為

(3)

其中近似認(rèn)為傳遞系數(shù)α≈β≈0.5，分別表示電極電位對還原反應(yīng)活化能和氧化反應(yīng)活化能的影響程度，η表示過電位，R為理想氣體常數(shù)，T為絕對溫度。

Said等[15,25-26]基于邊界元法[27]根據(jù)式(1)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算。由于陽極針尖周圍的電場分布是關(guān)于陽極尖端的形狀尺寸和周圍介質(zhì)(絕緣層、電解液等)的幾何形態(tài)與電性質(zhì)的復(fù)雜函數(shù)，故Said等將模型考慮為一般的有著對稱電場分布的尖端-基板結(jié)構(gòu)，從而得出如圖5所示的綜合考慮陽極針尖幾何形態(tài)與沉積形貌尺寸的計(jì)算結(jié)果。從圖5中可以看出沉積物尺寸(半高處半徑S)與陽極尖端的幾何形狀(圓錐半頂角θ、尖端曲率半徑R)、尖端與陰極板的間距h之間存在內(nèi)在聯(lián)系。

圖5 不同陽極針尖幾何形態(tài)與沉積形貌尺寸的計(jì)算結(jié)果[25]

Fig 5 Calculated deposit size for different tip geometrical morphology[25]

盡管圖5的結(jié)果表明沉積范圍可局限于頂端有效半徑所決定的一定區(qū)域內(nèi)，但實(shí)際情況由于電場分布不均勻往往會有沉積物在超出該區(qū)域的范圍內(nèi)形成，所以，圖5僅具有指導(dǎo)意義，實(shí)際微區(qū)電沉積過程需考慮電場分布情況。Seol等[28]則通過對不均勻分布的電場的模擬得到合適的實(shí)驗(yàn)參數(shù)，進(jìn)而利用微區(qū)電沉積技術(shù)成功制備出了微型金屬中空管。

為了提升微區(qū)電沉積技術(shù)的可重復(fù)性，Said等[26]還考察了針尖移動速度、沉積速度對沉積形貌的影響，并進(jìn)行了模擬計(jì)算，結(jié)果如圖6所示。

圖6 尖移動速度小于、大于和等于沉積速度對沉積形貌的影響[26]

模擬結(jié)果表明，當(dāng)針尖移動速度小于沉積速度時會出現(xiàn)側(cè)面沉積，甚至導(dǎo)致無法沉積成型，如圖6(a)所示；當(dāng)針尖移動速度大于沉積速度時則會產(chǎn)生多孔甚至中空的沉積結(jié)構(gòu)，如圖6(b)所示；當(dāng)針尖移動速度與沉積速度相當(dāng)時，沉積形貌更加細(xì)致規(guī)整，如圖6(c)所示。圖6的結(jié)果說明針尖移動速度與沉積速度協(xié)同調(diào)控的重要性，在實(shí)際過程中，針尖移動速度的調(diào)節(jié)需要結(jié)合反饋控制裝置共同實(shí)現(xiàn)，而這也是微區(qū)電沉積技術(shù)的關(guān)鍵所在。

此外，Brant等[29]引入了二維有限元分析方法，利用有限元分析軟件ANSYS，根據(jù)式(1)、(2)、(3)，改變邊界條件，模擬了微區(qū)電沉積過程?？疾旆治隽瞬煌枠O直徑、陰陽極間距、加載電壓、占空比和電解液濃度等對沉積產(chǎn)物形貌的影響，結(jié)論經(jīng)由實(shí)驗(yàn)證實(shí)相符。

2.3 過程監(jiān)控

在微區(qū)電沉積過程中，對過程實(shí)施監(jiān)控并加以反饋，進(jìn)而調(diào)整參數(shù)也是實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)的關(guān)鍵之一。傳統(tǒng)的過程監(jiān)控主要通過沉積電流振幅變化觸發(fā)執(zhí)行器從而調(diào)整陽極位移實(shí)現(xiàn)[11, 30]，沉積電流振幅變化則是由陽極尖端與沉積物表面發(fā)生直接接觸導(dǎo)致沉積電流突變引起的。在近幾年的研究中，部分學(xué)者引入了原位的CCD顯微鏡[31-32]或者相干同步X射線顯微照相術(shù)[33-34]對微區(qū)電沉積過程進(jìn)行實(shí)時觀察，有效提高了微區(qū)電沉積過程中的監(jiān)控與反饋的精確度，確保了微區(qū)電沉積技術(shù)的可重復(fù)性。

3 研究現(xiàn)狀

3.1 復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)造

理論上而言，微區(qū)電沉積技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)的構(gòu)造，但目前大量對微區(qū)電沉積技術(shù)的研究尚且只能構(gòu)造線性結(jié)構(gòu)，如線性微柱或者線圈等，如圖7所示，(a)為線性微柱[25]，(b)為螺旋形線圈[35]，(c)為交聯(lián)的線性結(jié)構(gòu)[14]，(d)為管狀的線性結(jié)構(gòu)[19]。上述幾何結(jié)構(gòu)雖相對簡單，但仍有著廣泛的應(yīng)用前景，如單極子[16]、太赫范圍內(nèi)的螺旋通訊天線[11]、集成電路的互連導(dǎo)體[36]、微型機(jī)器人[37]、集成生物流體動力學(xué)系統(tǒng)[38]等。

利用微區(qū)電沉積技術(shù)構(gòu)造復(fù)雜微細(xì)結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)對陽極尖端位移的動態(tài)控制以及對沉積物頂端的定向控制。目前，針對上述兩方面的協(xié)同調(diào)控機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究發(fā)展。

圖7 微區(qū)電沉積技術(shù)構(gòu)造結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖[14,19,25,35]

3.2 沉積合金、復(fù)合結(jié)構(gòu)電子器件

由于發(fā)展時間較短，前期對于微區(qū)電沉積技術(shù)的大量研究均針對單一金屬的微區(qū)沉積，一定程度上限制了微區(qū)電沉積的應(yīng)用范圍。近幾年，有學(xué)者嘗試對多種金屬進(jìn)行微區(qū)共沉積或分步沉積復(fù)合結(jié)構(gòu)[17, 39-40]。Lin等[39]利用微區(qū)電沉積的方法先沉積Ni-Cu合金微柱，然后在微柱頂端沉積Cu微柱，形成T型的微型熱電偶，如圖8(a)所示，其可行性經(jīng)測試驗(yàn)證。Tseng等[40]利用微區(qū)電沉積技術(shù)沉積交叉銅微柱，然后在銅柱表面進(jìn)一步沉積1層ZnO納米棒，構(gòu)造微型氣敏傳感器，如圖8(b)所示。這些研究成果也說明，隨著微區(qū)電沉積材料種類的擴(kuò)展，該技術(shù)的應(yīng)用潛力也將進(jìn)一步提升。

3.3 優(yōu)化技術(shù)方法

微區(qū)電沉積技術(shù)雖然簡單易行，且經(jīng)濟(jì)成本較低，但也有其弊端，即只能在電解液的環(huán)境中進(jìn)行，沉積過程中容易產(chǎn)生不必要的反應(yīng)產(chǎn)物。因此，部分學(xué)者提出了新的局部沉積方法[41-43]，如圖9(a)所示，將電解液封裝在底端內(nèi)外孔徑為納米級的微型管狀探頭中，微區(qū)電沉積過程中電解液僅和沉積物頂端接觸，不僅避免了電解液對陰極板的污染，也使得沉積物尺寸限制于探頭尺寸而非電場影響區(qū)范圍。這樣的局部沉積方法通常被用來沉積納米點(diǎn)或納米線陣列[42]，如圖9(b)所示。目前也有關(guān)于利用此方法構(gòu)造集成電路微互連線的應(yīng)用研究[43]，如圖9(c)所示。

圖8 微區(qū)電沉積技術(shù)構(gòu)造Cu-Ni-Cu熱電偶[39]和ZnO納米棒包覆Cu微柱的氣敏傳感器[40]

圖9 改良微區(qū)電沉積方法示意圖，改良微區(qū)電沉積方法構(gòu)造納米線陣列掃描電鏡圖[42]，改良微區(qū)電沉積方法構(gòu)造微互連線過程示意圖及互連線掃描電鏡圖[43]

4 結(jié) 語

微區(qū)電沉積作為一項(xiàng)簡單經(jīng)濟(jì)、靈活可控的微納結(jié)構(gòu)構(gòu)造技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用前景。通過實(shí)驗(yàn)與建模研究，微區(qū)電沉積過程中涉及的各種參數(shù)條件對沉積產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能的控制機(jī)理在逐漸被揭示，最終所能實(shí)現(xiàn)的沉積結(jié)構(gòu)精度正在向亞微米級甚至納米級發(fā)展，沉積過程的監(jiān)測與控制也正在逐步改良。可以預(yù)見，在未來一段時間內(nèi)，微區(qū)電沉積的研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢主要將集中在以下幾個方面：

(1) 完善微區(qū)電沉積模型建模，分析沉積過程中各項(xiàng)參數(shù)對電場分布以及沉積產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能的影響，明確過程控制機(jī)理。

(2) 通過加強(qiáng)監(jiān)測與反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)陽極尖端位移的動態(tài)控制以及對沉積物頂端的定向控制，從而實(shí)現(xiàn)沉積產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的精細(xì)化與復(fù)雜化控制。

(3) 改良所用的陽極探針形式與結(jié)構(gòu)，探索新的沉積方式，制備更加精密的陽極探針，使得微區(qū)電沉積過程中探針周圍的電場分布更加合理可控。

(4) 探索新的微區(qū)電沉積產(chǎn)物種類與結(jié)構(gòu)，拓寬微區(qū)電沉積技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

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Progress on research and technology of localized electrochemical deposition

XU Chen，LIU Derong，LIU Lei，HU Wenbin，WU Zhong

(State Key Laboratory of Metal Matrix Composites,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240，China)

Fabrication techniques for three-dimensional microstructures and nanostructures are limited by their high cost and low efficiency besides their dependence on environmental control, while the development of localized electrochemical deposition to a certain degree solved these problems. In this paper, process simulation and development and parameters optimization are discussed through the introduction of the concept and theory, the process control and the research status. In the end, the research emphasis and future trend are prospected according to the previous work.

localized electrochemical deposition; three-dimensional structures; technical overview

1001-9731(2016)10-10036-08

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013AA031604)

2015-12-26

2016-03-16 通訊作者：吳 忠，E-mail：wuzhong2319@163.com

徐 晨 (1992-)，女，浙江金華人，在讀博士，師承劉磊研究員，從事金屬基復(fù)合材料研究。

TB31

A

10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.007