JPWO2006038335A1 - Electrochemical deposition method, electrochemical deposition apparatus and microstructure - Google Patents

Electrochemical deposition method, electrochemical deposition apparatus and microstructure Download PDF

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Abstract

作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法、電気化学的析出装置及び微細構造体を提供する。 陽極1及び作用極として機能する陰極2を対向して、複数の物質がイオン状態で溶解した電解(酸性)溶液(以下、溶液という)4を容れた液槽5内に配置し、陽極1と陰極2との間に所定の電圧を印加する。また、参照電極3を液槽5内に配置し、陰極2,参照電極3間の電位を計測する。溶液4は導体と考えられるので、陰極2の溶液4に対する電位V1を求めることができる。さらに、液槽5内には、反応阻害種が混入されており、反応阻害種の存在下における物質の電気化学的析出反応において、自発的な電気化学振動(ここでは、電流振動)を生じさせる。陰極の電位V1、溶液中の物質の濃度、反応阻害種の種類及び濃度を調整することによって、電気化学振動の波形を制御し、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する。Provided are an electrochemical deposition method, an electrochemical deposition apparatus, and a microstructure that determine the structure of a substance deposited on the surface of a working electrode. The anode 1 and the cathode 2 functioning as a working electrode are opposed to each other, and are disposed in a liquid tank 5 containing an electrolytic (acidic) solution (hereinafter referred to as a solution) 4 in which a plurality of substances are dissolved in an ionic state. A predetermined voltage is applied between the cathode 2. Further, the reference electrode 3 is disposed in the liquid tank 5 and the potential between the cathode 2 and the reference electrode 3 is measured. Since the solution 4 is considered to be a conductor, the potential V1 of the cathode 2 with respect to the solution 4 can be obtained. Furthermore, reaction inhibiting species are mixed in the liquid tank 5, and spontaneous electrochemical vibrations (here, current oscillations) are generated in the electrochemical deposition reaction of substances in the presence of the reaction inhibiting species. . By adjusting the cathode potential V1, the concentration of the substance in the solution, the type and concentration of the reaction-inhibiting species, the waveform of the electrochemical vibration is controlled, and the structure of the substance deposited on the surface of the working electrode is determined.

Description

本発明は、金属のような電気化学的な析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電圧を印加又は電流を流すことにより、作用極の表面に物質を析出する電気化学的析出方法、電気化学的析出装置及び格子1個が数十〜数百マイクロメートルスケールのような微細構造体に関する。  The present invention deposits a substance on the surface of a working electrode by applying a voltage or passing a current between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition such as metal is dissolved in an ionic state. The present invention relates to an electrochemical deposition method, an electrochemical deposition apparatus, and a microstructure in which one lattice has a scale of several tens to several hundreds of micrometers.

微細加工技術の進展によって、集積度の向上に加えてナノスケールの微小デバイス(ナノデバイス)が提案されている。例えば、金属、半導体及び導電性ポリマーなどのナノ周期構造は、巨大磁気抵抗、トンネル磁気抵抗及びフォトニックなど、その周期構造に基づいた色々な機能が現れることから様々な分野で活発に研究が進められている。現在、ナノ周期構造の製造方法としては、蒸着法のような薄膜形成法が確立されている。これらはいずれも目的とする物質を交互に積層させていくというマルチステップ的な手法である。  Advances in microfabrication technologies have proposed nanoscale microdevices (nanodevices) in addition to improved integration. For example, nano-periodic structures such as metals, semiconductors, and conductive polymers are actively researched in various fields because various functions based on the periodic structures such as giant magnetoresistance, tunneling magnetoresistance, and photonic appear. It has been. Currently, as a method for producing a nano-periodic structure, a thin film forming method such as a vapor deposition method has been established. All of these are multi-step methods in which target substances are alternately stacked.

しかしながら、上述したような従来の手法は、マルチステップ的であるが故に、生産性の低下及びコストの上昇が避けられないという問題がある。また、製造するための装置は、構成の大嵩化が避けられず、この点でも高コスト化を増長させることになっている。  However, since the conventional method as described above is multi-step, there is a problem that a decrease in productivity and an increase in cost are unavoidable. In addition, an increase in the configuration of an apparatus for manufacturing is unavoidable, and this also increases the cost.

そこで、上述した問題を解決する技術として、非線形化学ダイナミクスによる構造形成と呼ばれる自己組織化による微細加工技術が考案されている。これは、一種のボトムアップ的アプローチであり、未発達の段階にあるが、これまでの手法に大きなパラダイム変化を与える技術として期待されている。  Therefore, as a technique for solving the above-described problem, a microfabrication technique by self-organization called structure formation by nonlinear chemical dynamics has been devised. This is a kind of bottom-up approach, and it is in an undeveloped stage, but it is expected as a technology that gives a big paradigm change to the conventional methods.

自己組織化には、静的な自己組織化と動的な自己組織化とがあるが、前者によって形成される構造は、熱平衡構造、つまり静的な秩序構造であり、分子間力(原子間力)及び平衡熱力学の原理によって決定される。一方、後者によって形成される構造は、エネルギーの流れの中で自発的に形成されるパターン、つまり非平衡系のなかに現れる秩序構造であり、時間的及び空間的に多様な構造を有する。動的な自己組織化には、静的な自己組織化にはない引き込み現象の発現、自己修復機能、及び長距離相互作用などの特徴があり、動的な自己組織化を制御することができれば、所望する構造を有する微細構造体を製造することが可能となる。  There are two types of self-organization: static self-organization and dynamic self-organization. The structure formed by the former is a thermal equilibrium structure, that is, a static ordered structure. Force) and the principle of equilibrium thermodynamics. On the other hand, the structure formed by the latter is a pattern spontaneously formed in the flow of energy, that is, an ordered structure that appears in a nonequilibrium system, and has various structures in time and space. Dynamic self-organization has features such as the appearance of pull-in phenomenon, self-repair function, and long-range interaction that are not found in static self-organization, and if dynamic self-organization can be controlled. It becomes possible to manufacture a fine structure having a desired structure.

特許文献1には、金属イオンを含む水溶液中に導電性支持体を浸漬させ、導電性支持体を電極として導電性支持体の電位を振動させ、導電性支持体に対して金属層及び金属酸化物層を交互に析出させることによる積層膜の製造方法が開示されている。
特開2002−129374号公報
In Patent Document 1, a conductive support is immersed in an aqueous solution containing metal ions, the potential of the conductive support is vibrated using the conductive support as an electrode, and the metal layer and the metal oxidation are performed on the conductive support. A method of manufacturing a laminated film by alternately depositing physical layers is disclosed.
JP 2002-129374 A

しかしながら、動的な自己組織化のメカニズムは未確立であり、何を制御すれば、自己組織化を制御することができるのか確立されていないため、所望の構造を有する微細構造体を製造することは不可能であった。換言すれば、従来は、製造条件を変更した結果として微細構造体を製造することができたが、所望の構造にすることは不可能であった。また、動的な自己組織化は、エネルギーの流れの中で存在するので、外部から供給されるエネルギーが遮断されると構造が消失してしまうという問題があった。  However, since the mechanism of dynamic self-assembly is not established and what is controlled is not established, self-organization can be controlled, so that a microstructure having a desired structure is manufactured. Was impossible. In other words, conventionally, a fine structure could be manufactured as a result of changing manufacturing conditions, but it was impossible to obtain a desired structure. In addition, since dynamic self-organization exists in the flow of energy, there is a problem that the structure disappears when the energy supplied from the outside is cut off.

本発明者は、電気化学反応系における動的な自己組織化について鋭意研究を行った結果、電気化学振動(電流振動又は電位振動)を利用して微細構造体を製造する場合、電気化学振動の波形(周期及び振幅など)に基づいて、構築される構造が決定されるとの知見を得た。電気化学反応は、その反応の制御が容易であるとともに、エネルギーを遮断した場合であっても、構造が履歴(析出物)として蓄積され、動的な時空間秩序の痕跡を固定化・記憶することができるため、構築された構造が消失されることはない。また、本発明者は、電気化学振動の波形を、電気化学的析出(例えば電解析出)する物質の種類、作用極の電位及び電流によって、自己触媒過程を制御することができるとの知見を得た。  As a result of diligent research on dynamic self-organization in an electrochemical reaction system, the present inventor has found that when a microstructure is manufactured using electrochemical vibration (current vibration or potential vibration), The knowledge that the structure to be constructed is determined based on the waveform (period, amplitude, etc.) was obtained. The electrochemical reaction is easy to control, and even when the energy is cut off, the structure is accumulated as a history (precipitate), immobilizing and storing traces of dynamic spatiotemporal order The constructed structure is not lost. Further, the present inventor has found that the autocatalytic process can be controlled by controlling the waveform of the electrochemical vibration by the kind of the substance to be electrochemically deposited (for example, electrolytic deposition), the potential of the working electrode, and the current. Obtained.

本発明は、上述した知見を得てなされたものであり、金属のような電気化学的な析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電圧を印加又は電流を流し、溶液に対する一の電極(作用極という)の電位又は電流を制御して電気化学振動、つまり電流振動又は電位振動を生じさせることにより、電気化学振動の波形に基づいて、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  The present invention has been made with the above-described knowledge, and a voltage or current is applied between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition such as metal is dissolved in an ionic state. By flowing and controlling the potential or current of one electrode (referred to as working electrode) to the solution to generate electrochemical vibration, that is, current vibration or potential vibration, on the surface of the working electrode based on the waveform of the electrochemical vibration. An object is to provide an electrochemical deposition method for determining the structure of a deposited material.

また本発明は、反応阻害種を混入し、反応阻害種により誘起される負性微分抵抗と溶液中の電位降下とのカップリングにより自己触媒過程を生じさせて、電気化学振動を制御する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  The present invention also provides an electrochemical method for controlling electrochemical oscillation by mixing a reaction-inhibiting species and causing an autocatalytic process by coupling a negative differential resistance induced by the reaction-inhibiting species with a potential drop in a solution. The purpose is to provide an effective precipitation method.

また本発明は、反応阻害種の濃度を調整することにより、電気化学振動が生じる作用極の電位又は電流を制御して、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  In addition, the present invention controls the potential or current of the working electrode where electrochemical oscillation occurs by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species, and determines the structure of the substance deposited on the surface of the working electrode. The purpose is to provide a method.

また本発明は、カーボン鎖が10以上のカチオン性界面活性剤を反応阻害種として用い、カーボン鎖を調整することにより、電気化学振動が生じる電位又は電流を制御して、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  In addition, the present invention uses a cationic surfactant having a carbon chain of 10 or more as a reaction-inhibiting species, and adjusts the carbon chain, thereby controlling the potential or current at which electrochemical vibrations occur and depositing on the surface of the working electrode. It is an object of the present invention to provide an electrochemical deposition method for determining the structure of a material to be produced.

また本発明は、物質の濃度を調整することにより、電気化学振動の波形を制御して、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  Another object of the present invention is to provide an electrochemical deposition method that determines the structure of the substance deposited on the surface of the working electrode by controlling the waveform of the electrochemical vibration by adjusting the concentration of the substance.

また本発明は、複数の物質がイオン状態で溶液に溶解している場合、電気化学振動の波形を制御することにより、複数の物質からなる構造の組成比を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  The present invention also provides an electrochemical deposition method for determining the composition ratio of a structure composed of a plurality of substances by controlling the waveform of electrochemical vibration when a plurality of substances are dissolved in a solution in an ionic state. With the goal.

また本発明は、電気化学振動の波形に基づいて決定される物質の構造が多層構造である場合、電気化学振動の波形を制御して、多層構造の各層の膜厚及び/又は各層の組成比を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  In the present invention, when the structure of the substance determined based on the waveform of the electrochemical vibration is a multilayer structure, the thickness of each layer of the multilayer structure and / or the composition ratio of each layer is controlled by controlling the waveform of the electrochemical vibration. It is an object to provide an electrochemical deposition method for determining.

また本発明は、作用極の電位又は電流を、電気化学的析出が拡散支配に進むように制御して、電気化学振動を生じさせることにより、電気化学振動の波形に基づいて、作用極の表面に析出される物質の構造を決定する電気化学的析出方法の提供を目的とする。  In addition, the present invention controls the surface of the working electrode based on the waveform of the electrochemical vibration by controlling the potential or current of the working electrode so that the electrochemical deposition advances to diffusion control, thereby generating the electrochemical vibration. It is an object of the present invention to provide an electrochemical deposition method for determining the structure of a substance deposited on a substrate.

また本発明は、電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、検出した上端電位又は下端電位の変動に基づいて作用極の電流を制御することにより、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れて自発的振動が停止してしまうことを防止することができる電気化学的析出方法及び電気化学的析出装置の提供を目的とする。  Further, the present invention detects the upper end potential or the lower end potential for each oscillation of the electrochemical vibration, and controls the current of the working electrode based on the detected fluctuation of the upper end potential or the lower end potential, so that the current density gradually decreases. It is an object of the present invention to provide an electrochemical deposition method and an electrochemical deposition apparatus capable of preventing the spontaneous vibration from stopping from the region where the spontaneous vibration occurs and stopping.

また本発明は、溶液に対する作用極の実効的な電流密度が略一定となるように制御することにより、作用極の表面に成長する微細構造体の形状が一定となって、均一性が優れた微細格子構造を得ることができる電気化学的析出方法の提供を目的とする。  In addition, by controlling the effective current density of the working electrode with respect to the solution to be substantially constant, the present invention makes the shape of the fine structure grown on the surface of the working electrode constant and has excellent uniformity. An object is to provide an electrochemical deposition method capable of obtaining a fine lattice structure.

また本発明は、自発的振動が発生する電流密度となるように作用極の電流を制御する構成とすることにより、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れて自発的振動が停止してしまうことはなく、自発的振動を継続することができる電気化学的析出装置の提供を目的とする。  Further, the present invention has a configuration in which the current of the working electrode is controlled so that the current density at which spontaneous vibration occurs is generated, so that the current density gradually decreases and the spontaneous vibration is out of the region where the spontaneous vibration occurs. The purpose of the present invention is to provide an electrochemical deposition apparatus capable of continuing the spontaneous vibration without stopping.

また本発明は、上述した各電気化学的析出方法により析出した物質を3次元の基本骨格として、該物質の表面に他の物質を堆積することにより、例えば結晶学的に安定した面が露出された高強度の極めて広い表面積の電極とすることができる微細構造体の提供を目的とする。  Further, the present invention uses a substance deposited by each of the electrochemical deposition methods described above as a three-dimensional basic skeleton, and deposits another substance on the surface of the substance, for example, a crystallographically stable surface is exposed. Another object of the present invention is to provide a microstructure that can be an electrode having a very high surface area with high strength.

また本発明は、上述した各電気化学的析出方法により析出した物質の表面に他の物質を重合させ、析出した物質を除去することによって内部に多孔構造が形成された微細構造体の提供を目的とする。  Another object of the present invention is to provide a microstructure having a porous structure formed by polymerizing another substance on the surface of the substance deposited by each of the electrochemical deposition methods described above and removing the deposited substance. And

第1発明に係る電気化学的析出方法は、電気化学的析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電圧を印加又は電流を流し、作用極の表面に前記物質を析出する電気化学的析出方法において、前記溶液に対する前記作用極の電位又は電流を制御して、電気化学振動を生じさせ、該電気化学振動の波形に基づいて、前記物質の構造を決定することを特徴とする。  In the electrochemical deposition method according to the first invention, a voltage is applied or a current is passed between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition is dissolved in an ionic state, and the substance is applied to the surface of the working electrode. In the electrochemical deposition method for depositing, the potential or current of the working electrode with respect to the solution is controlled to generate electrochemical vibration, and the structure of the substance is determined based on the waveform of the electrochemical vibration. It is characterized by.

本発明にあっては、電気化学的析出が可能な物質(金属、半導体及び導電性ポリマーなど)がイオン状態で溶解した溶液に複数の電極を浸漬し、複数の電極間に電圧を印加又は電流を流すことにより、複数の電極のうちの一の電極(作用極)の表面に、溶解していた物質が電気化学的に析出される。電気化学的析出の際、溶液に対する作用極の電位又は電流を制御することによって自発的な電気化学振動を生じさせる。作用極の電位又は電流を制御することで、電気化学振動の波形(例えば周期)を制御することができるので、電気化学振動の波形に応じて、作用極の表面に析出される物質の構造を決定することができる。自己組織的な振動現象によって自己構築されるので、構築される構造は、振動現象の履歴を反映して順次積層される。よって、構造が履歴として蓄積され、動的な時空間秩序の痕跡を固定化・記憶することができるため、構築された構造が消失されることはない。  In the present invention, a plurality of electrodes are immersed in a solution in which a substance (metal, semiconductor, conductive polymer, etc.) capable of electrochemical deposition is dissolved in an ionic state, and a voltage is applied between the plurality of electrodes or a current is applied. The dissolved substance is electrochemically deposited on the surface of one electrode (working electrode) of the plurality of electrodes. During electrochemical deposition, spontaneous electrochemical oscillation is generated by controlling the potential or current of the working electrode with respect to the solution. By controlling the potential or current of the working electrode, the waveform (for example, period) of the electrochemical vibration can be controlled, so that the structure of the substance deposited on the surface of the working electrode can be changed according to the waveform of the electrochemical vibration. Can be determined. Since the structure is self-assembled by the self-organized vibration phenomenon, the structure to be constructed is sequentially laminated to reflect the history of the vibration phenomenon. Therefore, since the structure is accumulated as a history and the trace of the dynamic spatiotemporal order can be fixed and stored, the constructed structure will not be lost.

第2発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明において、前記溶液に反応阻害種を混入し、該反応阻害種が前記作用極の表面に付着している状態と付着していない状態とを自発的に交互に生じさせ、前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to the second invention is the method according to the first invention, wherein a reaction inhibiting species is mixed in the solution, and the reaction inhibiting species is attached to the surface of the working electrode and not attached. Are generated alternately and by controlling the potential or current of the working electrode at which the electrochemical oscillation occurs.

本発明にあっては、溶液に反応阻害種を混入することによって、反応阻害種により誘起される負性微分抵抗と溶液中の電位降下とのカップリングにより自己触媒過程を生じさせ、つまり反応阻害種が作用極の表面に付着している状態と付着していない状態とを自発的に交互に生じさせ、電気化学振動が生じる作用極の電位又は電流を制御する。この反応阻害種は、化学反応系に応じて適宜混入することができ、電気化学振動が生じる作用極の電位又は電流の領域を調整することができる。  In the present invention, by mixing a reaction-inhibiting species into a solution, an autocatalytic process is caused by coupling between a negative differential resistance induced by the reaction-inhibiting species and a potential drop in the solution, that is, reaction inhibition. The state where the seed is attached to the surface of the working electrode and the state where the seed is not attached are spontaneously and alternately generated to control the potential or current of the working electrode where the electrochemical oscillation occurs. This reaction-inhibiting species can be mixed as appropriate depending on the chemical reaction system, and the potential or current region of the working electrode where electrochemical vibration occurs can be adjusted.

第3発明に係る電気化学的析出方法は、第2発明において、前記反応阻害種の濃度を調整することにより、前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a third aspect of the invention is characterized in that, in the second aspect of the invention, the potential or current of the working electrode in which the electrochemical oscillation occurs is controlled by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species. .

本発明にあっては、反応阻害種の濃度を調整することにより、電気化学振動が生じる作用極の電位又は電流を制御することができる。例えば、電気化学振動の一形態である電流振動において、負性微分抵抗の電位(作用極に流れる電流が急激に減少する作用極の電位)を、溶液に混入する反応阻害種の濃度を調整することによって、正側又は負側に移動させることができる。具体的には、反応阻害種の濃度を高くすることにより、電流振動が生じる電位を正側にシフトすることができる。電流振動は負性微分抵抗の電位にて生じることから、同一の反応阻害種を用いた場合、反応阻害種の濃度を調整することで電流振動が生じる電位を制御することができ、作用極の表面に析出される物質の構造を決定することができる。  In the present invention, by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species, it is possible to control the potential or current of the working electrode where electrochemical oscillation occurs. For example, in the current oscillation that is one form of electrochemical oscillation, the potential of the negative differential resistance (the potential of the working electrode at which the current flowing through the working electrode rapidly decreases) is adjusted to the concentration of the reaction-inhibiting species mixed in the solution. Therefore, it can be moved to the positive side or the negative side. Specifically, the potential at which current oscillation occurs can be shifted to the positive side by increasing the concentration of the reaction-inhibiting species. Since current oscillation occurs at the potential of negative differential resistance, when the same reaction-inhibiting species is used, the potential at which current oscillation occurs can be controlled by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species. The structure of the substance deposited on the surface can be determined.

第4発明に係る電気化学的析出方法は、第2発明又は第3発明において、前記反応阻害種は、カーボン鎖が10以上のカチオン性界面活性剤であり、カーボン鎖を調整することにより、前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御することを特徴とする。  In the electrochemical deposition method according to a fourth aspect of the present invention, in the second aspect or the third aspect, the reaction-inhibiting species is a cationic surfactant having 10 or more carbon chains, and the carbon chain is adjusted by adjusting the carbon chain, It is characterized by controlling the potential or current of the working electrode in which electrochemical vibration occurs.

本発明にあっては、カーボン鎖が10以上のカチオン性界面活性剤を反応阻害種として用いた場合、カーボン鎖を調整することにより、電気化学振動が生じる作用極の電位又は電流を制御することができる。例えば、負性微分抵抗の電位を、カーボン鎖を調整することによって、正側又は負側に移動させることができる。具体的には、カーボン鎖を長くすることにより、電流振動が生じる電位を正側にシフトすることができる。したがって、同系列の反応阻害種を用いた場合、カーボン鎖を調整することで電流振動が生じる電位を制御することができ、作用極の表面に析出される物質の構造を決定することができる。  In the present invention, when a cationic surfactant having a carbon chain of 10 or more is used as a reaction-inhibiting species, the potential or current of the working electrode at which electrochemical oscillation occurs is controlled by adjusting the carbon chain. Can do. For example, the potential of the negative differential resistance can be moved to the positive side or the negative side by adjusting the carbon chain. Specifically, the potential at which current oscillation occurs can be shifted to the positive side by lengthening the carbon chain. Therefore, when the same series of reaction inhibiting species is used, the potential at which current oscillation occurs can be controlled by adjusting the carbon chain, and the structure of the substance deposited on the surface of the working electrode can be determined.

第5発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明乃至第4発明のいずれかにおいて、前記物質の濃度を調整することにより、前記電気化学振動の波形を制御することを特徴とする。  An electrochemical deposition method according to a fifth invention is characterized in that, in any one of the first to fourth inventions, the waveform of the electrochemical vibration is controlled by adjusting the concentration of the substance.

本発明にあっては、溶液に含まれる物質の濃度を調整することによって、作用極の電位又は電流を制御、つまり電気化学振動の波形を制御することができるので、析出される物質の構造を決定することができる。  In the present invention, the potential or current of the working electrode can be controlled by adjusting the concentration of the substance contained in the solution, that is, the waveform of the electrochemical vibration can be controlled. Can be determined.

第6発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明乃至第5発明のいずれかにおいて、前記溶液には、複数の物質がイオン状態で溶解しており、前記電気化学振動の波形を制御して、前記複数の物質からなる構造の組成比を決定することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a sixth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fifth aspects, wherein a plurality of substances are dissolved in an ionic state in the solution, and the waveform of the electrochemical vibration is controlled. And determining a composition ratio of the structure composed of the plurality of substances.

本発明にあっては、複数の物質をイオン状態で溶液に溶解されている場合、電気化学振動の波形を制御して、複数の物質からなる構造の組成比を決定することができる。例えば、複数の物質からなる構造体を析出する場合、各物質は、それぞれのイオン化傾向度合の相違に応じて、作用極の電位に対する析出量が相違する。また、作用極の電位を制御すれば、電気化学振動の波形を制御することができるので、各物質の析出量を制御して、構造の組成比を決定(制御)することができる。例えば、物質が金属である場合、作用極の電位を低くすれば(より負の電位にすれば)、析出電流が大きくなる、つまり析出量が大きくなる特性があるが、金属のイオン化傾向度合の相違に応じて電位に対する析出量の割合が異なるので、組成比を変えることができる。  In the present invention, when a plurality of substances are dissolved in a solution in an ionic state, the composition ratio of the structure composed of the plurality of substances can be determined by controlling the waveform of the electrochemical vibration. For example, when depositing a structure composed of a plurality of substances, each substance has a different deposition amount with respect to the potential of the working electrode, depending on the degree of ionization tendency. In addition, if the potential of the working electrode is controlled, the waveform of the electrochemical vibration can be controlled. Therefore, the deposition amount of each substance can be controlled to determine (control) the composition ratio of the structure. For example, when the substance is a metal, if the potential of the working electrode is lowered (a more negative potential), the deposition current increases, that is, the amount of precipitation increases, but the degree of ionization tendency of the metal increases. Since the ratio of the precipitation amount with respect to the potential varies depending on the difference, the composition ratio can be changed.

第7発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明乃至第6発明のいずれかにおいて、前記電気化学振動の波形に基づいて決定される前記物質の構造が多層構造であることを特徴とする。  An electrochemical deposition method according to a seventh invention is characterized in that, in any one of the first invention to the sixth invention, the structure of the substance determined based on the waveform of the electrochemical vibration is a multilayer structure. .

本発明にあっては、上述した電気化学的析出方法によって、多層構造を有する物質を作用極の表面に析出させることができる。  In the present invention, a substance having a multilayer structure can be deposited on the surface of the working electrode by the above-described electrochemical deposition method.

第8発明に係る電気化学的析出方法は、第7発明において、前記電気化学振動の波形を制御し、前記多層構造の各層の膜厚及び/又は各層の組成比を決定することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to an eighth aspect of the invention is characterized in that, in the seventh aspect of the invention, the waveform of the electrochemical vibration is controlled to determine the film thickness and / or composition ratio of each layer of the multilayer structure. .

本発明にあっては、例えば、溶液に含まれる物質の濃度を調整することによって、作用極の電位又は電流を制御、つまり電気化学振動の波形を制御することができるので、物質の析出量を制御することができる。複数の物質からなる多層構造の構造体を生成する場合には、各物質の析出量を調整できるので、各層の膜厚及び/又は各層の組成比を決定することができる。具体的には、各物質の濃度比を一定に維持した状態で、各物質の濃度を連動して調整することにより、各層の膜厚を決定することができる。  In the present invention, for example, by adjusting the concentration of the substance contained in the solution, the potential or current of the working electrode can be controlled, that is, the waveform of the electrochemical vibration can be controlled. Can be controlled. In the case of generating a multilayer structure having a plurality of substances, the amount of precipitation of each substance can be adjusted, so that the film thickness of each layer and / or the composition ratio of each layer can be determined. Specifically, the film thickness of each layer can be determined by adjusting the concentration of each substance while maintaining the concentration ratio of each substance constant.

第9発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明乃至第8発明のいずれかにおいて、前記物質が金属であることを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a ninth invention is characterized in that, in any one of the first to eighth inventions, the substance is a metal.

本発明にあっては、上述した電気化学的析出方法によって、金属を作用極の表面に析出させることができる。  In the present invention, the metal can be deposited on the surface of the working electrode by the electrochemical deposition method described above.

第10発明に係る電気化学的析出方法は、第1発明において、前記作用極の電位又は電流を、電気化学的析出が拡散支配に進むように制御して、電気化学振動を生じさせることを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a tenth aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the potential or current of the working electrode is controlled so that the electrochemical deposition is governed by diffusion to generate electrochemical vibrations. And

本発明にあっては、作用極の電位又は電流を、電気化学的析出が拡散支配に進むように制御することによって、電気化学振動を生じさせる。電気化学現象は、特定方位への自己触媒的結晶成長と、熱力学的安定面における自己触媒的表面不活性化との兼ね合いにより生じることから、作用極の表面には、電気化学振動の履歴を反映し、作用極の垂直方向に成長した微細な規則的構造体が形成される。よって、構造が履歴として蓄積され、動的な時空間秩序の痕跡を固定化・記憶することができるため、構築された構造が消失されることはない。  In the present invention, the electrochemical oscillation is generated by controlling the potential or current of the working electrode so that the electrochemical deposition advances to diffusion control. Electrochemical phenomena occur due to the combination of autocatalytic crystal growth in a specific orientation and autocatalytic surface deactivation on the thermodynamically stable surface, so the surface of the working electrode has a history of electrochemical vibrations. Reflecting, a fine regular structure grown in the vertical direction of the working electrode is formed. Therefore, since the structure is accumulated as a history and the trace of the dynamic spatiotemporal order can be fixed and stored, the constructed structure will not be lost.

第11発明に係る電気化学的析出方法は、第10発明において、前記電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、検出した上端電位又は下端電位の変動に基づいて前記作用極の電流を制御することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to an eleventh aspect of the present invention is the method according to the tenth aspect, wherein an upper end potential or a lower end potential for each oscillation of the electrochemical vibration is detected, and the working electrode is It is characterized by controlling the current.

本発明にあっては、電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、検出した上端電位又は下端電位の変動に基づいて作用極の電流を制御する。振動現象は、反応律速過程から拡散律速過程へ移る閾値となる電流密度を境界にして自発的振動を始める。ところで、作用極の表面に微細構造体が成長することから、作用極の実効的な電極面積が次第に増加し、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れて自発的振動が停止してしまう。そこで、作用極の電流を制御することで自発的振動を継続することができる。  In the present invention, the upper end potential or the lower end potential for each oscillation of the electrochemical vibration is detected, and the current of the working electrode is controlled based on the detected fluctuation of the upper end potential or the lower end potential. The vibration phenomenon starts spontaneous vibration at the boundary of the current density that is a threshold value that shifts from the reaction-controlled process to the diffusion-controlled process. By the way, since the microstructure grows on the surface of the working electrode, the effective electrode area of the working electrode gradually increases, the current density gradually decreases, and the spontaneous vibration is generated outside the region where the spontaneous vibration occurs. It will stop. Therefore, spontaneous vibration can be continued by controlling the current of the working electrode.

第12発明に係る電気化学的析出方法は、第11発明において、前記溶液に対する前記作用極の実効的な電流密度が略一定となるように制御することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a twelfth aspect of the invention is characterized in that, in the eleventh aspect of the invention, the effective current density of the working electrode with respect to the solution is controlled to be substantially constant.

本発明にあっては、溶液に対する作用極の実効的な電流密度が略一定となるように制御することにより、作用極の表面に成長する微細構造体の形状(例えば格子間隔)が一定となって、均一性が優れた微細格子構造を得ることができる。  In the present invention, by controlling the effective current density of the working electrode with respect to the solution to be substantially constant, the shape of the microstructure (for example, the lattice spacing) that grows on the surface of the working electrode becomes constant. Thus, a fine lattice structure with excellent uniformity can be obtained.

第13発明に係る電気化学的析出方法は、第10発明乃至第12発明のいずれかにおいて、前記物質の濃度を調整することにより、前記電気化学振動の波形を制御することを特徴とする。  The electrochemical deposition method according to a thirteenth aspect of the invention is characterized in that, in any of the tenth to twelfth aspects of the invention, the waveform of the electrochemical vibration is controlled by adjusting the concentration of the substance.

本発明にあっては、溶液に含まれる物質の濃度を調整することによって、作用極の電位又は電流を制御、つまり電気化学振動の波形を制御することができるので、析出される物質の構造を決定することができる。例えば、物質のイオン濃度を高くすることによって、物質の周期構造の個々の構造を大きくすることができる。  In the present invention, the potential or current of the working electrode can be controlled by adjusting the concentration of the substance contained in the solution, that is, the waveform of the electrochemical vibration can be controlled. Can be determined. For example, the individual structure of the periodic structure of the substance can be increased by increasing the ion concentration of the substance.

第14発明に係る電気化学的析出装置は、電気化学的析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電流を流し、電気化学振動を生じさせ、作用極の表面に前記物質を析出するための電気化学的析出装置であって、前記電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出する検出手段と、該検出手段にて検出した上端電位又は下端電位に基づいて、前記溶液に対する前記作用極の電流を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。  An electrochemical deposition apparatus according to a fourteenth aspect of the present invention is a method in which an electric current is caused to flow between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition is dissolved in an ionic state, thereby generating electrochemical vibrations. An electrochemical deposition apparatus for depositing the substance on the substrate, comprising: a detecting means for detecting an upper end potential or a lower end potential for each oscillation of the electrochemical vibration; and an upper end potential or a lower end potential detected by the detecting means. And control means for controlling the current of the working electrode with respect to the solution.

本発明にあっては、電気化学的析出が可能な物質(金属、半導体及び導電性ポリマーなど)がイオン状態で溶解した溶液に複数の電極を浸漬し、検出手段が電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、検出した上端電位又は下端電位に基づいて、制御手段が溶液に対する作用極の電流を制御する。複数の電極間に電流を流すことにより、自発的な電気化学振動を生じさせて複数の電極のうちの一の電極(作用極)の表面に、溶解していた物質が電気化学的に析出される。作用極に流す電流を制御することで、析出される物質の構造を制御することができる。  In the present invention, a plurality of electrodes are immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition (metal, semiconductor, conductive polymer, etc.) is dissolved in an ionic state, and the detection means is provided for each vibration of the electrochemical vibration. The upper end potential or the lower end potential is detected, and the control means controls the current of the working electrode with respect to the solution based on the detected upper end potential or lower end potential. By causing a current to flow between the plurality of electrodes, a spontaneous electrochemical vibration is generated, and the dissolved substance is electrochemically deposited on the surface of one of the plurality of electrodes (working electrode). The By controlling the current flowing through the working electrode, the structure of the deposited substance can be controlled.

第15発明に係る電気化学的析出装置は、第14発明において、前記制御手段は、自発的振動が発生する電流密度となるように制御するようにしてあることを特徴とする。  An electrochemical deposition apparatus according to a fifteenth aspect of the invention is characterized in that, in the fourteenth aspect, the control means controls the current density to generate spontaneous vibration.

本発明にあっては、自発的振動が発生する電流密度となるように作用極の電流を制御することで、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れて自発的振動が停止してしまうことはなく、自発的振動を継続することができる。  In the present invention, by controlling the current of the working electrode so as to obtain a current density at which spontaneous vibrations occur, the current density gradually decreases, and the spontaneous vibrations deviate from the region where the spontaneous vibrations occur. Spontaneous vibration can be continued without stopping.

第16発明に係る微細構造体は、上述した各電気化学的析出方法により析出した物質を3次元の基本骨格として、該物質の表面に他の物質が堆積していることを特徴とする。  The microstructure according to the sixteenth invention is characterized in that a substance deposited by each electrochemical deposition method described above is used as a three-dimensional basic skeleton, and another substance is deposited on the surface of the substance.

本発明にあっては、微細構造体(例えば微細格子構造)を3次元の基本骨格(テンプレート)として、例えば白金のような他の物質(導電体)を微細構造体の表面に堆積することによって、高強度の極めて広い表面積の電極とすることができる。また、結晶学的に安定した面が露出されているという利点も有している。  In the present invention, a fine structure (for example, a fine lattice structure) is used as a three-dimensional basic skeleton (template), and another substance (conductor) such as platinum is deposited on the surface of the fine structure. It can be an electrode having a high strength and a very large surface area. It also has the advantage that a crystallographically stable surface is exposed.

第17発明に係る微細構造体は、上述した各電気化学的析出方法により析出した物質の表面に他の物質を重合させ、前記析出した物質を除去することによって内部に多孔構造が形成されていることを特徴とする。  In the microstructure according to the seventeenth invention, a porous structure is formed by polymerizing another substance on the surface of the substance deposited by each of the electrochemical deposition methods described above and removing the deposited substance. It is characterized by that.

本発明にあっては、微細構造体(例えば微細格子構造)を3次元のテンプレートとして、微細構造体が抜きパターンとなった微細構造体を実現することができる。  In the present invention, it is possible to realize a fine structure in which the fine structure is a blank pattern using the fine structure (for example, a fine lattice structure) as a three-dimensional template.

本発明によれば、自己組織的な振動現象によって微細な規則的構造が基板から垂直に自己構築される。また、構築される構造は、振動現象の履歴を反映して順次積層される。本発明では、電気化学振動現象自体を制御することにしたので、得られる規則的構造を制御することができる。さらに、単純な周期構造から、より複雑な3次元規則構造及び種々の微細格子構造を1ステップかつ安価に、電極の表面全体に構築することが可能となる。さらにまた、自発的振動が発生する電流密度となるように作用極の電流を制御することによって、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れて自発的振動が停止してしまうことはなく、自発的振動を継続することができ、ミリメートル〜センチメートルスケールの金属微細格子集合体を得ることができる。また、得られる規則的構造自体をテンプレートとして活用するようにすれば、金属、半導体及び導電性ポリマーなどの3次元の規則的構造の構築も可能である。さらに、原理上、反応阻害種を適宜選択することで、所望の物質の電気化学的析出反応に適用できるため、様々な機能性材料形成への応用が期待される。またさらに、そのための装置の構成が極めて簡単であるため、極めて低コストで所定の微細構造体を製造することができる等、優れた効果を奏する。  According to the present invention, a fine regular structure is self-assembled vertically from the substrate by a self-organized vibration phenomenon. In addition, the structures to be constructed are sequentially stacked to reflect the history of vibration phenomena. In the present invention, since the electrochemical vibration phenomenon itself is controlled, the resulting regular structure can be controlled. Furthermore, from a simple periodic structure, a more complicated three-dimensional regular structure and various fine lattice structures can be constructed on the entire surface of the electrode in one step and at a low cost. Furthermore, by controlling the current of the working electrode so as to obtain a current density at which spontaneous vibrations occur, the current density gradually decreases, and the spontaneous vibrations stop from the region where the spontaneous vibrations occur. In other words, the spontaneous vibration can be continued, and a metal fine lattice aggregate having a millimeter to centimeter scale can be obtained. If the obtained regular structure itself is used as a template, a three-dimensional regular structure such as a metal, a semiconductor, and a conductive polymer can be constructed. Furthermore, in principle, it can be applied to an electrochemical deposition reaction of a desired substance by appropriately selecting a reaction-inhibiting species, and therefore, application to various functional material formation is expected. Furthermore, since the configuration of the apparatus therefor is extremely simple, there are excellent effects such as that a predetermined microstructure can be manufactured at a very low cost.

本発明の実施の形態1に係る電気化学的析出方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the electrochemical deposition method which concerns on Embodiment 1 of this invention. 電流振動を示すグラフである。It is a graph which shows an electric current oscillation. 薄膜の評価方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the evaluation method of a thin film. 本発明の実施の形態1に係る電気化学的析出方法により形成した多層膜の評価結果を示す電子顕微鏡写真及びオージェ分光結果である。It is an electron micrograph and an Auger spectroscopy result which show the evaluation result of the multilayer film formed by the electrochemical deposition method concerning Embodiment 1 of this invention. 作用極の電位に対するCu及びSnの析出電流を示すグラフである。It is a graph which shows the precipitation current of Cu and Sn with respect to the electric potential of a working electrode. 電気振動の波形と析出物の組成比との対応を示すグラフである。It is a graph which shows a response | compatibility with the waveform of an electric vibration, and the composition ratio of a precipitate. 2X−1N(CHClを用いた場合における作用極の電位に対する析出電流を示すグラフである。Is a graph showing the deposition current with respect to the potential of the working electrode in the case of using the C X H 2X-1 N ( CH 3) 3 Cl. C12TACを用いた場合における作用極の電位に対する析出電流を示すグラフである。It is a graph which shows the precipitation current with respect to the electric potential of a working electrode at the time of using C12TAC. 本発明の実施の形態2に係る電気化学的析出方法を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the electrochemical deposition method which concerns on Embodiment 2 of this invention. 電位振動を示すグラフである。It is a graph which shows potential oscillation. 本発明の実施の形態2に係る電気化学的析出方法により形成した微細構造体の一例を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows an example of the microstructure formed by the electrochemical deposition method concerning Embodiment 2 of this invention. Snの電位振動と同期した周期的な構造変化を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the periodic structural change synchronized with the electric potential vibration of Sn. Snの電位振動と同期した周期的な構造変化を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the periodic structural change synchronized with the electric potential vibration of Sn. Snにおける電位振動を示すグラフである。It is a graph which shows the potential oscillation in Sn. 作用極の電流値を変更することによって構築される微細構造体を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the fine structure constructed | assembled by changing the electric current value of a working electrode. Znにおける電位振動を示すグラフである。It is a graph which shows the electric potential oscillation in Zn. Znのイオン濃度を変更した場合に構築される微細構造体を示す電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph which shows the fine structure constructed | assembled when the ion concentration of Zn is changed. 電位と電流密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between an electric potential and a current density. 電位振動の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time change of potential oscillation. 図19(a)のA点、B点における電子顕微鏡写真である。FIG. 20 is an electron micrograph at points A and B in FIG. 本発明の実施の形態3に係る電気化学的析出装置の構成を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the structure of the electrochemical deposition apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. 制御部による電流値の制御を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating control of the electric current value by a control part. 制御部による電流値の制御の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of control of the electric current value by a control part. 本発明の実施の形態3に係る電気化学的析出装置を用いて形成した微細構造体の一例を示す光学顕微鏡写真である。It is an optical microscope photograph which shows an example of the microstructure formed using the electrochemical deposition apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,11 陽極
2,12 陰極(作用極)
3,13 参照電極
4,14 溶液
5,15 液槽
1,11 Anode 2,12 Cathode (working electrode)
3,13 Reference electrode 4,14 Solution 5,15 Liquid tank

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。  Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る電気化学的析出方法を説明するための説明図である。なお、本例では、電気化学振動の一形態としての電流振動を制御する場合について説明することとする。
同図において、導電性の金属基板である陽極1及び陰極2を対向して、複数の物質(ここではCu及びSnとする)がイオン状態で溶解した電解(酸性)溶液(以下、溶液という)4を容れた液槽5内に配置し、陽極1と陰極2との間に所定の電圧を印加する。また、上述した2つの電極1,2に加えて、参照電極3を液槽5内に配置し、陰極2,参照電極3間の電位を計測する。溶液4は導体と考えられるので、陰極2の溶液4に対する電位V1を求めることができる。さらに、溶液4には、反応阻害種が混入されており、反応阻害種の存在下におけるCu及びSnの電気化学的析出反応において、自発的な電気化学振動(ここでは、電流振動)を生じさせる。反応阻害種は、例えば、カチオン性界面活性剤であり、Amiet−320(化学式1)、C2X−1N(CHCl(化学式2)、TritonX−100(化学式3)などを用いることができる。なお、平滑剤としてクエン酸を溶液4に混入することが好ましく、本例では、0.15MのCuSO、0.15MのSnSO)0.6MのHSO、0.5Mのクエン酸、及び0.5mMのAmiet−320が混合された溶液4を用いた。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an electrochemical deposition method according to Embodiment 1 of the present invention. In this example, the case of controlling current vibration as one form of electrochemical vibration will be described.
In the figure, an electrolytic (acidic) solution (hereinafter referred to as a solution) in which a plurality of substances (herein referred to as Cu and Sn) are dissolved in an ionic state with an anode 1 and a cathode 2 which are conductive metal substrates facing each other. 4 is placed in a liquid tank 5 containing a predetermined voltage, and a predetermined voltage is applied between the anode 1 and the cathode 2. In addition to the two electrodes 1 and 2 described above, the reference electrode 3 is disposed in the liquid tank 5 and the potential between the cathode 2 and the reference electrode 3 is measured. Since the solution 4 is considered to be a conductor, the potential V1 of the cathode 2 with respect to the solution 4 can be obtained. Furthermore, reaction inhibiting species are mixed in the solution 4, and spontaneous electrochemical oscillation (here, current oscillation) is generated in the electrochemical deposition reaction of Cu and Sn in the presence of the reaction inhibiting species. . The reaction-inhibiting species is, for example, a cationic surfactant, such as Amiet-320 (Chemical Formula 1), C X H 2X-1 N (CH 3 ) 3 Cl (Chemical Formula 2), Triton X-100 (Chemical Formula 3), and the like. Can be used. Incidentally, it is preferable to incorporation of citric acid to the solution 4 as a smoothing agent, in this example, 0.15 M of CuSO 4, SnSO 4 of 0.15 M) 0.6M of H 2 SO 4, citric acid 0.5M , And solution 4 mixed with 0.5 mM Amiet-320 was used.

Figure 2006038335
Figure 2006038335

溶液4に反応阻害種を混入することによって、反応阻害種により誘起される負性微分抵抗と溶液中の電位降下とのカップリングにより自己触媒過程が生じ、陰極2の電位V1が所定の範囲内である場合に、微小なゆらぎ(濃度や温度など)が自己触媒過程により増幅されて、図2に示すような、巨視的かつ周期的な振動となる電流振動が発現する。  By mixing the reaction inhibiting species into the solution 4, an autocatalytic process occurs due to the coupling between the negative differential resistance induced by the reaction inhibiting species and the potential drop in the solution, and the potential V1 of the cathode 2 is within a predetermined range. In this case, minute fluctuations (concentration, temperature, etc.) are amplified by the autocatalytic process, and current oscillation that becomes macroscopic and periodic oscillation as shown in FIG. 2 appears.

より詳述すれば、溶液4は導体と考えられるので、陰極2の表面では各イオンに強い電界が加わり、その影響で脱水和が起こり、各イオンは陰極2から電子を受け取り吸着原子となる。吸着原子は陰極表面上を拡散し結晶格子の形成点に達し、結晶が形成される。反応阻害種の陰極2への付着と脱離とが交互に自発的に生じ、反応阻害種の付着及び脱離に伴って振動現象が現れる。本例では、陰極2が作用極として機能し、発現した振動現象の波形に基づいて、陰極2の表面にCu及びSnからなる平滑性に優れた薄膜が陰極2に析出する。なお、平滑性はクエン酸を混入したことに起因しており、クエン酸を混入しない場合には膜表面に凹凸が残存する。  More specifically, since the solution 4 is considered to be a conductor, a strong electric field is applied to each ion on the surface of the cathode 2 and dehydration occurs due to the influence, and each ion receives an electron from the cathode 2 and becomes an adsorbed atom. The adsorbed atoms diffuse on the cathode surface, reach the formation point of the crystal lattice, and a crystal is formed. Attachment and desorption of reaction-inhibiting species to the cathode 2 occur alternately and spontaneously, and a vibration phenomenon appears with the attachment and desorption of reaction-inhibiting species. In this example, the cathode 2 functions as a working electrode, and a thin film excellent in smoothness composed of Cu and Sn is deposited on the surface of the cathode 2 on the surface of the cathode 2 on the basis of the manifested vibration phenomenon waveform. The smoothness is caused by mixing citric acid, and when the citric acid is not mixed, irregularities remain on the film surface.

次に、成長させた薄膜について評価した。図3は薄膜の評価方法を説明するための説明図である。まず、薄膜21を成長させたサンプル20を回転させながら、薄膜表面をArエッチング処理し(図3(a))、薄膜21にすり鉢状の穴を形成する(図3(b))。このように加工した薄膜21を上面から電子顕微鏡にて観察して、図4(a)に示すように、同心円状のコントラスト(明暗比)の存在を確認した。つまり、成長させた薄膜が多層構造を有することを確認した。さらに、薄膜(多層膜)の組成比を評価するために、多層膜の側面を走査オージェ分光法によって解析を行った結果、図4(b)に示すように、組成比が周期的に変化していることを確認した。  Next, the grown thin film was evaluated. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a thin film evaluation method. First, while rotating the sample 20 on which the thin film 21 is grown, the thin film surface is subjected to Ar etching treatment (FIG. 3A), and a mortar-shaped hole is formed in the thin film 21 (FIG. 3B). The thin film 21 processed in this way was observed from the upper surface with an electron microscope, and the presence of concentric contrast (brightness ratio) was confirmed as shown in FIG. That is, it was confirmed that the grown thin film had a multilayer structure. Furthermore, in order to evaluate the composition ratio of the thin film (multilayer film), the side surface of the multilayer film was analyzed by scanning Auger spectroscopy. As a result, the composition ratio changed periodically as shown in FIG. Confirmed that.

多層膜は陰極2の表面に成長することから、例えば、陰極2の形状を円筒形にすることにより、円筒の内側に、平滑性に優れた多層膜を形成することができる。電気化学的析出方法は、電極の形状に依存することなく、その表面に析出物を成長させることができるので、いかなる形状の電極に対しても、その表面に平滑性に優れた多層膜を形成することができる。換言すれば、所望の形状に予め加工した電極を用いて、本発明の電気化学的析出方法を適用すれば、所望の形状を有する多層膜を電極の表面に形成することができる。  Since the multilayer film grows on the surface of the cathode 2, for example, by making the shape of the cathode 2 cylindrical, a multilayer film having excellent smoothness can be formed inside the cylinder. The electrochemical deposition method can grow precipitates on the surface without depending on the shape of the electrode, so a multilayer film with excellent smoothness can be formed on the surface of any shape of electrode. can do. In other words, a multilayer film having a desired shape can be formed on the surface of the electrode by applying the electrochemical deposition method of the present invention using an electrode previously processed into a desired shape.

多層膜は、電流振動が生じることによって析出された薄膜(CuとSnとの合金)であるが、本発明では、この多層膜の組成比、膜厚、及び層の数(積層回数)を以下のようにして制御する。  The multilayer film is a thin film (an alloy of Cu and Sn) deposited by the occurrence of current oscillation. In the present invention, the composition ratio, film thickness, and number of layers (number of layers) of this multilayer film are as follows. Control as follows.

<1、陰極の電位>
電流振動が生じる陰極(作用極)の電位は幅を持っており、作用極の電位を調整することによって、電流振動の波形を制御して、多層膜の組成比及び各層の膜厚を調整することができる。換言すれば、所望の組成比を有する多層膜となるようにするには、作用極の電位を調整すればよい。作用極の電位は、陽極1,陰極2間に印加する電圧を変更することにより所望の値にすることができる。
<1, cathode potential>
The potential of the cathode (working electrode) where current oscillation occurs has a range, and by adjusting the potential of the working electrode, the waveform of current oscillation is controlled to adjust the composition ratio of the multilayer film and the film thickness of each layer. be able to. In other words, the potential of the working electrode may be adjusted to obtain a multilayer film having a desired composition ratio. The potential of the working electrode can be set to a desired value by changing the voltage applied between the anode 1 and the cathode 2.

図5は作用極の電位に対するCu及びSnの析出電流を示すグラフである。Cu及びSnは、それぞれ、作用極の電位を低くすれば(より負の電位にすれば)、析出電流が大きくなるが、SnはCuよりも、より負の電位から析出電流が生じる。したがって、作用極の電位が高い状態で電流振動を生じさせるように設定すれば、Snの析出量がCuの析出量に比べて少なくすることができる、つまりCuの組成比(Cu/(Cu+Sn))を大きくすることができる。逆に、作用極の電位が低い状態で電流振動を生じさせるように設定すれば、Cuの組成比を小さくすることができる。つまり、溶液に含まれる物質のイオン化傾向度合の相違に応じて、陰極の電位を調整して析出物の組成比を制御することができる。例えば、CuSn/CuSnが1単位構造として積層された多層膜を形成することができる。FIG. 5 is a graph showing the deposition current of Cu and Sn with respect to the potential of the working electrode. In Cu and Sn, if the potential of the working electrode is lowered (when the potential is made more negative), the deposition current increases. However, Sn causes a deposition current from a more negative potential than Cu. Therefore, if it is set so as to generate current oscillation in a state where the potential of the working electrode is high, the precipitation amount of Sn can be reduced as compared with the precipitation amount of Cu, that is, the composition ratio of Cu (Cu / (Cu + Sn)). ) Can be increased. Conversely, the Cu composition ratio can be reduced by setting so as to cause current oscillation in a state where the potential of the working electrode is low. In other words, the composition ratio of the precipitate can be controlled by adjusting the potential of the cathode according to the difference in the degree of ionization tendency of the substances contained in the solution. For example, a multilayer film in which Cu 2 Sn 8 / Cu 7 Sn 3 is laminated as a single unit structure can be formed.

また、作用極の電位を調整することによって、電流振動の波形(例えば周期)を制御して、各層の膜厚を調整することができる。例えば、作用極の電位を低くすることにより、各層の膜厚を厚くすることができ、逆に、電位を高く小さくすることにより、膜厚を薄くすることができる。  In addition, by adjusting the potential of the working electrode, the thickness of each layer can be adjusted by controlling the waveform (for example, the period) of current oscillation. For example, the film thickness of each layer can be increased by lowering the potential of the working electrode, and conversely, the film thickness can be decreased by increasing and decreasing the potential.

<2、溶液中の物質の濃度>
溶液に含まれる各物質の濃度を調整することによって、析出電流を調整することができるので、各物質の析出量を調整して組成比を決定(制御)することができる。例えば、Cuの濃度を高くすることによって、Cuの組成比を大きくすることができる。
<2. Concentration of substances in solution>
Since the deposition current can be adjusted by adjusting the concentration of each substance contained in the solution, the composition ratio can be determined (controlled) by adjusting the deposition amount of each substance. For example, the Cu composition ratio can be increased by increasing the Cu concentration.

また、SnとCuとの濃度比を一定に維持した状態で、Cu及びSnの濃度を連動して調整することにより、各層の膜厚を調整することができる。図6は電気振動の波形と析出物の組成比との対応を示すグラフであり、同図(a),(b)は、CuSO及びSnSOの濃度がそれぞれ0.15M,0.10Mである場合を示す。濃度を低くすることによって振動の周期を短くすることができ、その振動の周期に応じた多層膜を析出することができる。例えば、本例において、濃度が0.15Mである場合は各層の膜厚が90nmとなり、0.10Mである場合は各層の膜厚が38nmとなる。Further, the film thickness of each layer can be adjusted by adjusting the concentrations of Cu and Sn while maintaining the concentration ratio of Sn and Cu constant. Figure 6 is a graph showing the correspondence between the composition ratio of the waveform and precipitates electric oscillation, FIG. (A), (b) is, 0.15 M concentration of CuSO 4 and SnSO 4, respectively, in 0.10M Indicates a case. By reducing the concentration, the period of vibration can be shortened, and a multilayer film corresponding to the period of vibration can be deposited. For example, in this example, when the concentration is 0.15M, the thickness of each layer is 90 nm, and when it is 0.10M, the thickness of each layer is 38 nm.

<3、反応阻害種の種類及び濃度>
反応阻害種がゆらぎによって基板の1ヶ所に付着された場合、反応阻害種の有する自己触媒機能により、位相を揃えて陰極の表面全体に広がるので、陰極の表面全体に析出物が析出されるが、反応阻害種の付着が生じる陰極の電位は、反応阻害種の種類及び濃度によって決定されることから、反応阻害種の種類及び濃度によって、電流振動が生じる電位を制御、つまり電流振動の波形を制御することができる。
<3. Kind and concentration of reaction inhibiting species>
When reaction-inhibiting species are attached to one location of the substrate due to fluctuations, the autocatalytic function of the reaction-inhibiting species spreads over the entire surface of the cathode in phase, so that precipitates are deposited on the entire surface of the cathode. The potential of the cathode at which the reaction-inhibiting species is attached is determined by the type and concentration of the reaction-inhibiting species. Can be controlled.

2X−1N(CHClを用いた場合、カーボン鎖が10(C10)以上でれば反応阻害種として機能し、組成パラメータXが10(C10TAC)、12(C12TAC)及び16(C16TAC)において、反応阻害種として機能することを確認した。When C X H 2X-1 N (CH 3 ) 3 Cl is used, it functions as a reaction-inhibiting species if the carbon chain is 10 (C10) or more, and the composition parameter X is 10 (C10TAC), 12 (C12TAC), and 16 (C16TAC) was confirmed to function as a reaction-inhibiting species.

0.15MのCuSO、0.15MのSnSO、0.5MのHSO)及び0.5Mのクエン酸に、5mMのカーボン鎖の異なるC2X−1N(CHClを混合した溶液4を用いて、反応阻害種の種類と電流振動が生じる電位との関係について評価した。
図7はC2X−1N(CHClを用いた場合における作用極の電位に対する析出電流を示すグラフであり、同図(a)はC10TACを、同図(b)はC12TACを、同図(c)はC16TACを、それぞれ反応阻害種として溶液に混合した場合を示す。電流振動は負性微分抵抗の電位にて生じることから、同系列の反応阻害種を用いた場合、カーボン鎖が長い反応阻害種を用いることにより、電流振動が生じる電位を正側にシフトすることができる。したがって、反応阻害種のカーボン鎖を調整することで電流振動が生じる電位を制御、つまり電流振動の波形を制御することができるので、電流振動に応じた構造の多層膜を形成することができる。
0.15 M CuSO 4 , 0.15 M SnSO 4 , 0.5 M H 2 SO 4 ) and 0.5 M citric acid, C X H 2X-1 N (CH 3 ) 3 with different 5 mM carbon chains Using the solution 4 mixed with Cl, the relationship between the type of reaction-inhibiting species and the potential at which current oscillation occurs was evaluated.
FIG. 7 is a graph showing the deposition current with respect to the potential of the working electrode when C X H 2X-1 N (CH 3 ) 3 Cl is used. FIG. 7A shows C10TAC, and FIG. 7B shows C12TAC. (C) shows the case where C16TAC is mixed into the solution as a reaction-inhibiting species. Since current oscillation occurs at negative differential resistance potential, when using the same series of reaction-inhibiting species, the potential at which current oscillation occurs can be shifted to the positive side by using a reaction-inhibiting species with a long carbon chain. Can do. Therefore, by adjusting the carbon chain of the reaction-inhibiting species, the potential at which current vibration occurs can be controlled, that is, the waveform of the current vibration can be controlled, so that a multilayer film having a structure corresponding to the current vibration can be formed.

0.15MのCuSO、0.15MのSnSO、0.25MのHSO、及び0.5Mのクエン酸に、濃度を変更したC12TACを混合した溶液4を用いて、反応阻害種の濃度と電流振動が生じる電位との関係について評価した。
図8はC12TACを用いた場合における作用極の電位に対する析出電流を示すグラフであり、同図(a)はC12TACの濃度が2mM、同図(b)はC12TACの濃度が3mM、同図(c)はC12TACの濃度が4mMである場合を示す。電流振動は負性微分抵抗の電位にて生じることから、同一の反応阻害種を用いた場合、その濃度を高くすることにより、電流振動が生じる電位を正側にシフトすることができる。したがって、反応阻害種の濃度を調整することで電流振動が生じる電位を制御、つまり電流振動の波形を制御することができるので、電流振動に応じた構造の多層膜を形成することができる。
Using a solution 4 in which 0.15M CuSO 4 , 0.15M SnSO 4 , 0.25M H 2 SO 4 , and 0.5M citric acid were mixed with C12TAC at different concentrations, The relationship between the concentration and the potential at which current oscillation occurs was evaluated.
FIG. 8 is a graph showing the deposition current with respect to the working electrode potential when C12TAC is used. FIG. 8A shows the concentration of C12TAC at 2 mM, FIG. 8B shows the concentration of C12TAC at 3 mM, and FIG. ) Shows the case where the concentration of C12TAC is 4 mM. Since current oscillation occurs at the potential of the negative differential resistance, when the same reaction-inhibiting species is used, the potential at which current oscillation occurs can be shifted to the positive side by increasing its concentration. Therefore, by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species, the potential at which current oscillation occurs can be controlled, that is, the waveform of current oscillation can be controlled, so that a multilayer film having a structure corresponding to the current oscillation can be formed.

以上詳述したように、実施の形態1に係る電気化学的析出方法によれば、1ステップかつ安価に、作用極の表面全体に多層膜を形成することができる。また原理上、反応阻害種を適宜選択することで、金属のみならず、半導体(例えばCuO)及び導電性ポリマー(例えばポリアニリン)などの電気化学的析出反応に応用できるため、様々な機能性材料形成への応用が期待される。また、そのための装置の構成が極めて簡単であるため、極めて低コストで所定の微細構造体を製造することができる。As described above in detail, according to the electrochemical deposition method according to Embodiment 1, a multilayer film can be formed on the entire surface of the working electrode in one step and at a low cost. In principle, by selecting reaction-inhibiting species as appropriate, it can be applied not only to metals but also to electrochemical deposition reactions such as semiconductors (eg Cu 2 O) and conductive polymers (eg polyaniline). Application to material formation is expected. In addition, since the configuration of the apparatus for that purpose is extremely simple, a predetermined microstructure can be manufactured at an extremely low cost.

なお、本実施の形態では、Cu/Snの混合溶液からCu/Snの合金を製造する場合について説明したが、その材料について限定されるものではなく、反応阻害種として作用するフェナントレン(C1410)が混合された溶液中におけるCuの電気化学的析出反応、及び次亜リン酸(HPO(OH))が混合された溶液中におけるNiの電気化学的析出反応などにおいても多層膜が形成され、電流振動が生じる反応系に対して有効である。したがって、所望の材料から容易に高品質の多層構造を構築することができる。例えば、巨大磁気抵抗及びトンネル磁気抵抗など、多層構造に基づいた機能を有するデバイスを容易かつ低コストで製造することが可能となる。In this embodiment, the case where a Cu / Sn alloy is produced from a mixed solution of Cu / Sn has been described. However, the material is not limited, and phenanthrene (C 14 H) acting as a reaction inhibiting species is not limited. The multilayer film is also used in the electrochemical deposition reaction of Cu in the solution mixed with 10 ) and the electrochemical deposition reaction of Ni in the solution mixed with hypophosphorous acid (H 2 PO (OH)). It is effective for a reaction system that is formed and generates current oscillation. Therefore, a high-quality multilayer structure can be easily constructed from a desired material. For example, a device having a function based on a multilayer structure such as a giant magnetoresistance and a tunnel magnetoresistance can be manufactured easily and at low cost.

また、本実施の形態では、電気化学振動の一形態として電流振動について説明したが、作用極の電位が振動する電位振動においても同様であり、作用極の電流を制御して振動現象を生じさせるようにしてもよいことは言うまでもない。  In this embodiment, the current oscillation is described as one form of the electrochemical oscillation. However, the same applies to the potential oscillation in which the potential of the working electrode oscillates, and the oscillation phenomenon is generated by controlling the current of the working electrode. It goes without saying that it may be done.

(実施の形態2)
実施の形態1では、溶液に反応阻害種を混合し、反応阻害種により誘起される負性微分抵抗と溶液中の電位降下とのカップリングにより振動現象を生じさせるようにしたが、溶液に溶解させた物質の作用極表面への析出が物質の拡散支配に進むように、作用極の電位又は電流を制御してもよく、このようにしたものが実施の形態2である。以下、電位振動を制御して、格子構造を作用極の表面に形成する方法について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a reaction inhibiting species is mixed with a solution, and a vibration phenomenon is caused by coupling between a negative differential resistance induced by the reaction inhibiting species and a potential drop in the solution. The potential or current of the working electrode may be controlled so that the deposited substance on the surface of the working electrode proceeds to the diffusion control of the material, and this is the second embodiment. Hereinafter, a method for controlling the potential oscillation to form the lattice structure on the surface of the working electrode will be described.

図9は本発明の実施の形態2に係る電気化学的析出方法を説明するための説明図である。なお、本例では、電気化学振動の一形態としての電位振動を制御する場合について説明することとする。
同図において、導電性の金属基板である陽極11及び陰極12を対向して、物質(ここではSn、Znなどの金属とする)がイオン状態で溶解した電解溶液(以下、溶液という)14を容れた液槽15内に配置し、陰極12と陽極11と間に所定の電流を流す。つまり、陰極12,陽極11間に定電流源を接続する。なお、定電流源による出力電流値を適宜設定することができるものとする。また、上述した2つの電極11,12に加えて、参照電極13を液槽15内に配置し、参照電極13,陰極12間の電位を計測する。溶液14は導体と考えられるので、陰極12の溶液14に対する電位V2を求めることができる。物質の電気化学的析出反応において、物質の拡散律速条件において、拡散支配に進むように電流を制御して、自発的な電気化学振動(ここでは、電位振動)を生じさせる。なお、本例では、0.2MのSn2+及び4MのNaOHが混合された溶液14を用いた。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining an electrochemical deposition method according to Embodiment 2 of the present invention. Note that in this example, the case of controlling potential vibration as one form of electrochemical vibration will be described.
In the figure, an electrolytic solution (hereinafter referred to as a solution) 14 in which a substance (herein, a metal such as Sn or Zn) is dissolved in an ionic state with an anode 11 and a cathode 12 which are conductive metal substrates facing each other. A predetermined current is passed between the cathode 12 and the anode 11 in the liquid tank 15. That is, a constant current source is connected between the cathode 12 and the anode 11. In addition, the output current value by a constant current source shall be set suitably. In addition to the two electrodes 11 and 12 described above, the reference electrode 13 is disposed in the liquid tank 15 and the potential between the reference electrode 13 and the cathode 12 is measured. Since the solution 14 is considered to be a conductor, the potential V2 of the cathode 12 with respect to the solution 14 can be obtained. In the electrochemical deposition reaction of a substance, the current is controlled so as to proceed to diffusion control under the diffusion-controlled condition of the substance, thereby generating a spontaneous electrochemical vibration (here, a potential vibration). In this example, a solution 14 in which 0.2 M Sn 2+ and 4 M NaOH were mixed was used.

拡散支配に進むように電流を制御することによって自己触媒過程が生じ、陰極12,陽極11間の電流値が所定の範囲内である場合に、微小なゆらぎが自己触媒過程により増幅されて、図10に示すような、巨視的かつ周期的な振動となる電位振動が発現する。  By controlling the current so as to proceed to the diffusion control, a self-catalytic process occurs, and when the current value between the cathode 12 and the anode 11 is within a predetermined range, a minute fluctuation is amplified by the auto-catalytic process. As shown in FIG. 10, a potential oscillation that is a macroscopic and periodic oscillation appears.

振動現象は、特定方位への自己触媒的結晶成長と、熱力学的安定面における自己触媒的表面不活性化との兼ね合いにより生じることから、作用極として機能する陰極12の表面には、電位振動の履歴を反映し、作用極の垂直方向に成長した微細な規則的構造体が形成される。物質がSn,Znの場合には、それぞれ、図11(a),(b)に示すように、格子構造、六角形プレートが重なり合った構造が構築される。もちろん、物質の種類については限定されるものではなく、例えばPbの場合には、3次元的に張り巡らされた微細ネットワーク構造が構築される。このように、析出される構造は、析出される物質の結晶構造自体に依存する。  Since the vibration phenomenon occurs due to a balance between autocatalytic crystal growth in a specific orientation and autocatalytic surface deactivation in a thermodynamically stable plane, a potential oscillation is generated on the surface of the cathode 12 functioning as a working electrode. Reflecting this history, a fine regular structure grown in the vertical direction of the working electrode is formed. When the material is Sn or Zn, as shown in FIGS. 11A and 11B, a lattice structure and a structure in which hexagonal plates are overlapped are constructed. Of course, the type of substance is not limited. For example, in the case of Pb, a three-dimensionally stretched fine network structure is constructed. Thus, the structure to be deposited depends on the crystal structure of the substance to be deposited.

電位振動の波形がどのように格子構造に反映されるのかを評価するため、電位振動の各電位で陰極12(作用極)を溶液14から引き上げて、作用極の表面を電子顕微鏡及び光学顕微鏡を用いて観察した。  In order to evaluate how the waveform of the potential oscillation is reflected in the lattice structure, the cathode 12 (working electrode) is pulled up from the solution 14 at each potential of the potential oscillation, and the surface of the working electrode is scanned with an electron microscope and an optical microscope. And observed.

図12、図13はSnの電位振動と同期した周期的な構造変化を説明するための説明図であり、図12(a)はSnの電位振動の波形、図12(b)はSnの結晶面及び方位を示し、図13(a),(b),(c)は、図12(a)の電位A,B,Cの各点における陰極表面の電子顕微鏡(SEM)写真、光学顕微鏡(OM)写真及び模式図である。なお、陰極12,陽極11間に−36mA/cmの電流密度が流れるように定電流源を設定した。FIGS. 12 and 13 are explanatory diagrams for explaining the periodic structural change synchronized with the potential oscillation of Sn. FIG. 12A shows the waveform of the potential oscillation of Sn, and FIG. 12B shows the crystal of Sn. FIGS. 13A, 13B, and 13C show an electron microscope (SEM) photograph of the cathode surface at each point of potentials A, B, and C in FIG. OM) A photograph and a schematic diagram. The constant current source was set so that a current density of −36 mA / cm 2 would flow between the cathode 12 and the anode 11.

電位振動の負端(図12(a)電位A)では、角張ったSnの結晶が見られ、その1つ1つは熱力学的に安定な方位面である(110)面や(011)面が露出していることが観察された(図13(a))。電位が負から正へとシフトしたとき(図12(a)電位B)には、角張ったSnの結晶の角から<101>方向への針状のSnが析出していることが観察された(図13(b))。また、正端の電位(図12(a)電位C)では、針状のSnの先端が再び熱力学的な安定面を露出し、結晶化を開始していることが観測された(図13(c))。この観察結果から、電位振動の波形を制御することができれば、形成される格子構造を所望の形状にすることが可能であることが分かった。  At the negative end of the potential oscillation (potential A in FIG. 12 (a)), angular Sn crystals are observed, each one of which is the (110) plane or (011) plane which is a thermodynamically stable orientation plane. It was observed that was exposed (FIG. 13A). When the potential shifted from negative to positive (FIG. 12 (a) potential B), it was observed that needle-like Sn was deposited in the <101> direction from the corners of the angular Sn crystal. (FIG. 13B). In addition, at the positive end potential (FIG. 12 (a) potential C), it was observed that the tip of the needle-like Sn again exposed the thermodynamically stable surface and started crystallization (FIG. 13). (C)). From this observation result, it was found that if the waveform of the potential oscillation can be controlled, the formed lattice structure can be formed into a desired shape.

次に、いかにして電位振動の波形を制御するかについて説明する。
<1、作用極の電流値>
図14はSnにおける電位振動を示すグラフであり、横軸は時間の経過を、縦軸は電位をそれぞれ示す。同図においては、62秒までは、作用極、すなわち陰極12,陽極11間に−12mAの定電流を流し、62秒以後は陰極12,陽極11間に−20mAの定電流を流した場合の電位振動を示す。電流値を変更したことによって、62秒を境界にして電位振動の波形が変化していることが分かる。なお、42秒までは反応が不安定であるために、電位振動が不安定であることを示している。
Next, how to control the waveform of the potential oscillation will be described.
<1, current value of working electrode>
FIG. 14 is a graph showing potential oscillation in Sn, where the horizontal axis indicates the passage of time and the vertical axis indicates the potential. In the figure, a constant current of −12 mA is allowed to flow between the working electrode, that is, the cathode 12 and the anode 11 until 62 seconds, and a constant current of −20 mA is allowed to flow between the cathode 12 and the anode 11 after 62 seconds. Shows potential oscillation. It can be seen that by changing the current value, the waveform of the potential oscillation changes at 62 seconds as a boundary. The reaction is unstable until 42 seconds, indicating that the potential oscillation is unstable.

このように、作用極の電流値を変更することによって構築される構造は、図15に示すように、形成される格子の構造パラメータを制御することができる。つまり、本例のSnを析出する場合、電流値を変更することによって、格子の間隔を変えることができる。本例では、結晶成長の途中で電流値を変更したので、電流値を変更した時点における結晶Cから格子の間隔が変化したことが分かる。  Thus, the structure constructed by changing the current value of the working electrode can control the structural parameters of the formed lattice as shown in FIG. That is, when depositing Sn in this example, the lattice spacing can be changed by changing the current value. In this example, since the current value was changed during the crystal growth, it can be seen that the lattice spacing changed from the crystal C at the time when the current value was changed.

つまり、電位振動が生じる電流値は幅を持っており、その電流値を調整することによって、電位振動の波形を制御して、形成される構造体の構造パラメータを制御することができる。  In other words, the current value at which the potential oscillation occurs has a range, and by adjusting the current value, the waveform of the potential oscillation can be controlled to control the structural parameters of the structure to be formed.

<2、溶液中の物質の濃度>
濃度を変更したZn2+及び4MのNaOHが混合された溶液14を用いて、物質の濃度と電位振動の波形との関係について評価した。
図16はZnにおける電位振動を示すグラフであり、横軸は時間の経過を示し、同図(a),(b),(c)は、Znのイオン濃度がそれぞれ0.1M,0.2M,0.5Mである場合の電位をそれぞれ示す。Znのイオン濃度を高くすることによって振動の周期を長くすることができる。図17はZnのイオン濃度を変更した場合に構築される微細構造体を示す電子顕微鏡写真である。同図(a),(b),(c)は、イオン濃度をそれぞれ0.1M,0.2M,0.5Mとした場合を示し、形成される六角形プレートの大きさを、イオン濃度に応じて大きくすることができることが分かる。
<2. Concentration of substances in solution>
Using a solution 14 in which Zn 2+ and 4M NaOH having different concentrations were mixed, the relationship between the concentration of the substance and the waveform of potential oscillation was evaluated.
FIG. 16 is a graph showing potential oscillation in Zn, the horizontal axis shows the passage of time, and FIGS. 16A, 16B, and 10C show the Zn ion concentrations of 0.1M and 0.2M, respectively. , 0.5 M, respectively. By increasing the Zn ion concentration, the oscillation period can be lengthened. FIG. 17 is an electron micrograph showing a fine structure constructed when the ion concentration of Zn is changed. (A), (b), and (c) show the cases where the ion concentrations are 0.1 M, 0.2 M, and 0.5 M, respectively, and the size of the formed hexagonal plate is changed to the ion concentration. It can be seen that it can be increased accordingly.

つまり、溶液に含まれる物質の濃度を調整することによっても、電位振動の波形を制御することができるので、上述と同様に、形成される構造体の構造パラメータを制御することができる。  In other words, the waveform of the potential oscillation can be controlled also by adjusting the concentration of the substance contained in the solution, so that the structural parameters of the structure to be formed can be controlled as described above.

以上詳述したように、実施の形態2に係る電気化学的析出方法によれば、1ステップかつ安価に、作用極の表面全体に、析出する物質に固有の微細構造体を形成することができる。また、そのための装置の構成が極めて簡単であるため、極めて低コストで所定の微細構造体を製造することができる。  As described above in detail, according to the electrochemical deposition method according to the second embodiment, it is possible to form a microstructure unique to the deposited material on the entire surface of the working electrode in one step and at a low cost. . In addition, since the configuration of the apparatus for that purpose is extremely simple, a predetermined microstructure can be manufactured at an extremely low cost.

なお、本実施の形態では、電気化学振動の一形態として電位振動について説明したが、作用極の電流が振動する電流振動においても同様であり、作用極の電位を制御して振動現象を生じさせるようにしてもよいことは言うまでもない。  In this embodiment, the potential oscillation is described as one form of the electrochemical oscillation. However, the same applies to the current oscillation in which the current of the working electrode oscillates, and the oscillation phenomenon is generated by controlling the potential of the working electrode. It goes without saying that it may be done.

ところで、電気化学振動の一形態として電位振動は、図18に示すように、電流密度が閾値jdl(略−25mA/cm)を境界にして電位が自発的に振動を始める。換言すれば、電流密度が少ないときは電気化学振動が生じることはなく、閾値jdlは反応律速過程から拡散律速過程へ移る境界であると言える。つまり、電位振動を継続するには、電流密度を制御して拡散律速過程を維持することが極めて重要である。By the way, as one form of electrochemical vibration, as shown in FIG. 18, the potential vibration starts to vibrate spontaneously with the current density as a boundary at the threshold value jdl (approximately −25 mA / cm 2 ). In other words, when the current density is low, electrochemical vibration does not occur, and the threshold value jdl can be said to be a boundary that shifts from the reaction-controlled process to the diffusion-controlled process. In other words, in order to continue the potential oscillation, it is very important to control the current density and maintain the diffusion-controlled process.

図19は電位振動の時間変化を示すグラフであり、横軸は時間の経過を、縦軸は電位をそれぞれ示す。図19(a)は作用極(すなわち陰極12),陽極11間に定電流を印加した場合であり、略250秒(振動回数に換算すると略75回)を経過してしまうと電位振動が停止してしまう。これは、作用極の表面に微細構造体が成長することから、作用極の実効的な電極面積が次第に増加して、電流密度が次第に小さくなって自発的振動が発生する領域から外れるためである。また、図20に示すように、成長を繰り返す毎に電流密度が小さくなることから、作用極の表面に成長する微細構造体の格子間隔が徐々に小さくなり、微細構造体の均一性が損なわれる。なお、図20(a)、(b)は、それぞれ図19(a)のA点、B点における電子顕微鏡写真である。  FIG. 19 is a graph showing changes in potential oscillation with time, with the horizontal axis representing the passage of time and the vertical axis representing the potential. FIG. 19A shows a case where a constant current is applied between the working electrode (that is, the cathode 12) and the anode 11, and the potential oscillation stops when approximately 250 seconds (approximately 75 times in terms of the number of oscillations) have elapsed. Resulting in. This is because a fine structure grows on the surface of the working electrode, so that the effective electrode area of the working electrode gradually increases, and the current density gradually decreases to deviate from the region where spontaneous vibration occurs. . Further, as shown in FIG. 20, since the current density is reduced every time the growth is repeated, the lattice spacing of the fine structure grown on the surface of the working electrode is gradually reduced, and the uniformity of the fine structure is impaired. . 20A and 20B are electron micrographs at points A and B in FIG. 19A, respectively.

したがって、図19(b)に示すように、実効的な電極面積の増加を考慮し、その増加の効果を相殺するように、作用極(すなわち陰極12),陽極11間に印加する電流を制御(徐々に増加)して、実効的な電流密度が変化しないようにして自発的振動を継続することが好ましい。  Accordingly, as shown in FIG. 19B, the current applied between the working electrode (that is, the cathode 12) and the anode 11 is controlled so as to cancel the effect of the increase in consideration of the effective increase in the electrode area. It is preferable to continue the spontaneous vibration (increase gradually) so that the effective current density does not change.

(実施の形態3)
図21は本発明の実施の形態3に係る電気化学的析出装置の構成を説明するための説明図である。なお、本例では、電気化学振動の一形態としての電位振動を制御する場合について説明することとする。
本発明の実施の形態3に係る電気化学的析出装置は、導電性の金属基板である陽極11及び陰極12を対向して、物質(ここではSn、Znなどの金属とする)がイオン状態で溶解した電解溶液(以下、溶液という)14を容れた液槽15内に配置し、陰極12と陽極11との間に電流を流すように構成されている。また、上述した2つの電極11,12に加えて、参照電極13を液槽15内に配置し、参照電極13,陰極12間の電位を計測し、電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出する検出部16と、検出部16にて検出した上端電位又は下端電位に基づいて、溶液に対する作用極の電流を制御する制御部10とを備える。溶液14は導体と考えられるので、陰極12の溶液14に対する電位V2を求め、制御部10が電位V2に基づいて陰極12,陽極11間に流す電流を制御する。具体的には、陰極12,陽極11間に定電流源を接続し、その出力電流値を制御部10が制御する。ここで、上端電位とは振動の正方向の極値(極大値)であり、下端電位とは振動の負方向の極値(極小値)である。
(Embodiment 3)
FIG. 21 is an explanatory diagram for explaining the configuration of an electrochemical deposition apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. Note that in this example, the case of controlling potential vibration as one form of electrochemical vibration will be described.
In the electrochemical deposition apparatus according to Embodiment 3 of the present invention, an anode 11 and a cathode 12 which are conductive metal substrates are opposed to each other, and a substance (here, a metal such as Sn or Zn) is in an ionic state. A dissolved electrolytic solution (hereinafter referred to as “solution”) 14 is placed in a liquid tank 15, and current is passed between the cathode 12 and the anode 11. Further, in addition to the two electrodes 11 and 12 described above, the reference electrode 13 is disposed in the liquid tank 15, the potential between the reference electrode 13 and the cathode 12 is measured, and the upper end potential or lower end for each vibration of the electrochemical vibration. A detection unit 16 that detects the potential, and a control unit 10 that controls the current of the working electrode with respect to the solution based on the upper end potential or the lower end potential detected by the detection unit 16 are provided. Since the solution 14 is considered to be a conductor, the potential V2 of the cathode 12 with respect to the solution 14 is obtained, and the control unit 10 controls the current flowing between the cathode 12 and the anode 11 based on the potential V2. Specifically, a constant current source is connected between the cathode 12 and the anode 11, and the control unit 10 controls the output current value. Here, the upper end potential is an extreme value (maximum value) in the positive direction of vibration, and the lower end potential is an extreme value (minimum value) in the negative direction of vibration.

図22は制御部による電流値の制御を説明するための説明図である。
同図(a)は、電位振動が生じているときの電位波形を示しており、Aはn番目の振動波形、Bはn+1番目の振動波形、Cはn+2番目の振動波形である。上述したように、電位振動によって作用極に微細構造体が成長することから、実効的な電極面積が増加し、電位振動の上端電位及び下端電位は1振動毎に負の方向に変位する。また、溶液抵抗をRとすると、オームの法則により、電流Iが流れた場合、I×R分の電位損失が生じる。すなわち、同図(b)に示すように、第n世代から第n+1世代への成長過程では、電極面積の増加ΔA分の電位損失が生じる。電流Iは面積Aに比例するので、I=k×Aと表すことができ、電位損失の増加は、(k×ΔA)×Rとなる。ここで、電位振動の上端電位及び下端電位(以下、上端電位とする)の変位量ΔUは、ΔU=(k×ΔA)×R…(式(1))で表すことができる。
FIG. 22 is an explanatory diagram for explaining the control of the current value by the control unit.
FIG. 4A shows a potential waveform when potential oscillation occurs, where A is the nth vibration waveform, B is the (n + 1) th vibration waveform, and C is the (n + 2) th vibration waveform. As described above, since the fine structure grows on the working electrode by the potential vibration, the effective electrode area is increased, and the upper end potential and the lower end potential of the potential vibration are displaced in the negative direction for each vibration. Further, assuming that the solution resistance is R, a potential loss of I × R occurs when the current I flows according to Ohm's law. That is, as shown in FIG. 5B, in the growth process from the nth generation to the (n + 1) th generation, a potential loss corresponding to an increase in electrode area ΔA occurs. Since the current I is proportional to the area A, it can be expressed as I = k × A, and the increase in potential loss is (k × ΔA) × R. Here, the displacement amount ΔU of the upper end potential and the lower end potential (hereinafter referred to as the upper end potential) of the potential oscillation can be expressed by ΔU = (k × ΔA) × R (Expression (1)).

一方、電流密度jは、j=I/A(I:電流値,A:実効電極面積)と定義することができる。第n世代ではjn=In/An、第n+1世代ではjn+1=(In+ΔI)/(An+ΔA)とすると、本実施の形態では、jn=jn+1となるようにΔIを制御するので、In/An=(In+ΔI)/(An+ΔA)となり、ΔI=In/An×ΔA…(式(2))となる。  On the other hand, the current density j can be defined as j = I / A (I: current value, A: effective electrode area). Assuming that jn = In / An in the nth generation and jn + 1 = (In + ΔI) / (An + ΔA) in the n + 1th generation, in this embodiment, ΔI is controlled so that jn = jn + 1, so In / An = ( In + ΔI) / (An + ΔA), and ΔI = In / An × ΔA (Expression (2)).

式(1)及び式(2)から、ΔI=jn×(ΔU/(k×R))が導かれ、さらにj0=j1=…=jnであるから、ΔI=j0×(ΔU/(k×R))…(式(3))となる。ここで、k×Rは、電極の配置及び濃度などの実験系に依存するパラメータで一定値である。したがって、ΔUを検出して、このΔUに基づいて、式(3)からΔIを算出して、陰極12,陽極11間に流す電流値を制御し、次世代での電位振動における波形を制御する。  From the equations (1) and (2), ΔI = jn × (ΔU / (k × R)) is derived, and furthermore j0 = j1 =... = Jn, ΔI = j0 × (ΔU / (k × R)) (Equation (3)). Here, k × R is a parameter that depends on the experimental system, such as electrode arrangement and concentration, and is a constant value. Therefore, ΔU is detected, ΔI is calculated from Equation (3) based on this ΔU, the current value flowing between the cathode 12 and the anode 11 is controlled, and the waveform of potential oscillation in the next generation is controlled. .

図23は制御部による電流値の制御の一例を示すグラフであり、横軸は時間の経過を、縦軸は作用極(すなわち陰極12),陽極11間に流す電流値をそれぞれ示す。同図から明らかなように、時間の経過とともに、作用極(すなわち陰極12),陽極11間に流す電流値を大きくしていることが分かる。これは、時間の経過とともに実効的な電極面積の増加を考慮し、その増加の効果を相殺するように電流値を徐々に増加したからであり、これによって、実効的な電流密度が変化せず自発的振動を継続することができる。したがって、略250秒を経過した場合であっても電位振動が停止してしまうことはない。本例では、略2000秒(振動回数に換算すると略600回)以上を経過しても電位振動が継続していることを確認した。  FIG. 23 is a graph showing an example of control of the current value by the control unit, where the horizontal axis indicates the passage of time, and the vertical axis indicates the current value passed between the working electrode (that is, the cathode 12) and the anode 11. As is apparent from the figure, the current value flowing between the working electrode (ie, the cathode 12) and the anode 11 increases with time. This is because the current value was gradually increased so as to offset the effect of the increase in consideration of the increase in effective electrode area over time, and the effective current density did not change. Spontaneous vibration can be continued. Accordingly, the potential oscillation does not stop even when approximately 250 seconds have elapsed. In this example, it was confirmed that the potential oscillation continued even after approximately 2000 seconds (approximately 600 times in terms of the number of vibrations) had elapsed.

また、電位振動が繰り返された場合であっても、電流密度が変わることがないので、作用極の表面に成長する微細構造体の格子間隔は振動の開始時点のピッチを維持でき、均一性が優れた微細格子構造となる。このように、時間の経過とともに実効的な電極面積の増加を考慮し、その増加の効果を相殺するように電流値を徐々に増加することによって、格子間隔の均一な微細格子構造体を安価かつ大量に製造することが可能となる。また、格子1個は数十〜数百マイクロメートルスケールであるが、本実施の形態に係る電気化学的析出方法を用いれば、図24に示すように、ミリメートル〜センチメートルスケールの金属微細格子集合体を得ることができる。  In addition, even if the potential oscillation is repeated, the current density does not change, so that the lattice spacing of the fine structure grown on the surface of the working electrode can maintain the pitch at the start of the oscillation, and the uniformity can be maintained. Excellent fine lattice structure. In this way, by considering the effective increase in electrode area over time and gradually increasing the current value so as to offset the effect of the increase, a fine lattice structure with a uniform lattice spacing can be obtained inexpensively. It becomes possible to manufacture in large quantities. In addition, although one lattice is on the scale of several tens to several hundreds of micrometers, if the electrochemical deposition method according to the present embodiment is used, as shown in FIG. You can get a body.

これにより、ミクロな微細構造を持つバルク材料が得られ、新しい電極バルク材料としての利用が可能となる。Snの微細格子構造自体には用途が限定されるが、微細構造体(例えば微細格子構造)を3次元の基本骨格(テンプレート)として、白金のような導電体を微細構造体の表面にメッキすることによって、高強度の極めて広い表面積の電極とすることができる。また、結晶学的に安定した面が露出されているという利点も有している。もちろん、微細構造体に被覆する材料については、用途に応じて選択すればよく、白金以外では酸化銅が考えられる。  Thereby, a bulk material having a microscopic microstructure can be obtained, and can be used as a new electrode bulk material. Although the use of the Sn fine lattice structure itself is limited, a fine structure (for example, a fine lattice structure) is used as a three-dimensional basic skeleton (template), and a conductor such as platinum is plated on the surface of the fine structure. Thus, an electrode having a high strength and an extremely wide surface area can be obtained. It also has the advantage that a crystallographically stable surface is exposed. Of course, what is necessary is just to select the material coat | covered to a fine structure according to a use, and copper oxide can be considered except platinum.

逆に、微細構造体(例えば微細格子構造)を3次元のテンプレートとして、微細構造体が抜きパターンとなった微細構造体を製造することができる。例えば、製造した微細構造体を高分子ポリマーの溶液中に入れて重合した後に、塩酸のようなエッチング液でSnを除去(エッチング)して、微細構造体の形状が空洞(アリの巣のような形状)となった高分子ポリマーを製造することができる。このような高分子ポリマーは多孔構造となることから、フィルタとしての用途として期待することができる。また、電気化学振動の波形を制御して格子間隔を調整することができるので、高分子ポリマー内に間隔の異なる複数の構造を形成することも可能である。  On the contrary, a fine structure in which the fine structure is a blank pattern can be manufactured using the fine structure (for example, a fine lattice structure) as a three-dimensional template. For example, after the manufactured microstructure is polymerized in a polymer solution, Sn is removed (etched) with an etching solution such as hydrochloric acid, and the shape of the microstructure is hollow (like an ant's nest). A high molecular weight polymer can be produced. Since such a high molecular polymer has a porous structure, it can be expected as a use as a filter. In addition, since the lattice spacing can be adjusted by controlling the waveform of the electrochemical vibration, it is possible to form a plurality of structures with different spacings in the polymer.

なお、本実施の形態では、電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、制御部10が上端電位又は下端電位に基づいて陰極12,陽極11間に流す電流を制御するようにしたが、上端電位又は下端電位から電気化学振動の振動毎の周期を算出し、算出した周期に基づいて、自発的振動が発生する電流密度となるように、溶液に対する作用極の電流を制御するようにしてもよい。  In the present embodiment, the upper end potential or the lower end potential for each oscillation of the electrochemical vibration is detected, and the control unit 10 controls the current flowing between the cathode 12 and the anode 11 based on the upper end potential or the lower end potential. However, the period of each vibration of the electrochemical vibration is calculated from the upper end potential or the lower end potential, and the current of the working electrode with respect to the solution is controlled based on the calculated period so as to obtain a current density at which spontaneous vibration occurs. You may do it.

以上、本発明に係る電気化学的析出方法について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施の形態に係る発明の構成及び機能に様々な変更又は改良を加えることが可能である。  As described above, the electrochemical deposition method according to the present invention has been described with reference to specific embodiments, but the present invention is not limited thereto. A person skilled in the art can add various changes or improvements to the configurations and functions of the invention according to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention.

Claims (17)

電気化学的析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電圧を印加又は電流を流し、作用極の表面に前記物質を析出する電気化学的析出方法において、
前記溶液に対する前記作用極の電位又は電流を制御して、電気化学振動を生じさせ、
該電気化学振動の波形に基づいて、前記物質の構造を決定すること
を特徴とする電気化学的析出方法。
In an electrochemical deposition method in which a voltage is applied or a current is applied between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition is dissolved in an ionic state, and the substance is deposited on the surface of the working electrode.
Controlling the potential or current of the working electrode with respect to the solution to cause electrochemical oscillation;
An electrochemical deposition method, wherein the structure of the substance is determined based on the waveform of the electrochemical vibration.
前記溶液に反応阻害種を混入し、
該反応阻害種が前記作用極の表面に付着している状態と付着していない状態とを自発的に交互に生じさせ、
前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御すること
を特徴とする請求項1に記載の電気化学的析出方法。
Reaction inhibitory species are mixed in the solution,
A state in which the reaction-inhibiting species is attached to the surface of the working electrode and a state of not being attached spontaneously and alternately
The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein the potential or current of the working electrode at which the electrochemical vibration occurs is controlled.
前記反応阻害種の濃度を調整することにより、前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御すること
を特徴とする請求項2に記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 2, wherein the potential or current of the working electrode in which the electrochemical oscillation occurs is controlled by adjusting the concentration of the reaction-inhibiting species.
前記反応阻害種は、カーボン鎖が10以上のカチオン性界面活性剤であり、
カーボン鎖を調整することにより、前記電気化学振動が生じる前記作用極の電位又は電流を制御すること
を特徴とする請求項2又は請求項3に記載の電気化学的析出方法。
The reaction-inhibiting species is a cationic surfactant having 10 or more carbon chains,
4. The electrochemical deposition method according to claim 2, wherein the potential or current of the working electrode in which the electrochemical vibration is generated is controlled by adjusting a carbon chain. 5.
前記物質の濃度を調整することにより、前記電気化学振動の波形を制御すること
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein a waveform of the electrochemical vibration is controlled by adjusting a concentration of the substance.
前記溶液には、複数の物質がイオン状態で溶解しており、
前記電気化学振動の波形を制御して、前記複数の物質からなる構造の組成比を決定すること
を特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の電気化学的析出方法。
In the solution, a plurality of substances are dissolved in an ionic state,
The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein the composition ratio of the structure composed of the plurality of substances is determined by controlling a waveform of the electrochemical vibration.
前記電気化学振動の波形に基づいて決定される前記物質の構造が多層構造であること
を特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein the structure of the substance determined based on the waveform of the electrochemical vibration is a multilayer structure.
前記電気化学振動の波形を制御して、前記多層構造の各層の膜厚及び/又は各層の組成比を決定すること
を特徴とする請求項7に記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 7, wherein a waveform of each layer of the multilayer structure and / or a composition ratio of each layer is determined by controlling a waveform of the electrochemical vibration.
前記物質が金属であること
を特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein the substance is a metal.
前記作用極の電位又は電流を、電気化学的析出が拡散支配に進むように制御して、電気化学振動を生じさせること
を特徴とする請求項1に記載の電気化学的析出方法。
2. The electrochemical deposition method according to claim 1, wherein the electrochemical oscillation is generated by controlling the potential or current of the working electrode such that the electrochemical deposition advances to diffusion control. 3.
前記電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出し、
検出した上端電位又は下端電位の変動に基づいて前記作用極の電流を制御すること
を特徴とする請求項10に記載の電気化学的析出方法。
Detecting the upper end potential or the lower end potential for each vibration of the electrochemical vibration,
The electrochemical deposition method according to claim 10, wherein the current of the working electrode is controlled based on the detected fluctuation of the upper end potential or the lower end potential.
前記溶液に対する前記作用極の実効的な電流密度が略一定となるように制御すること
を特徴とする請求項11に記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 11, wherein the effective current density of the working electrode with respect to the solution is controlled to be substantially constant.
前記物質の濃度を調整することにより、前記電気化学振動の波形を制御すること
を特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれかに記載の電気化学的析出方法。
The electrochemical deposition method according to claim 10, wherein a waveform of the electrochemical vibration is controlled by adjusting a concentration of the substance.
電気化学的析出が可能な物質がイオン状態で溶解した溶液に浸漬した複数の電極間に電流を流し、電気化学振動を生じさせ、作用極の表面に前記物質を析出するための電気化学的析出装置であって、
前記電気化学振動の振動毎の上端電位又は下端電位を検出する検出手段と、
該検出手段にて検出した上端電位又は下端電位に基づいて、前記溶液に対する前記作用極の電流を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする電気化学的析出装置。
Electrochemical deposition for causing a current to flow between a plurality of electrodes immersed in a solution in which a substance capable of electrochemical deposition is dissolved in an ionic state, causing electrochemical vibration and depositing the substance on the surface of the working electrode A device,
Detecting means for detecting an upper end potential or a lower end potential for each vibration of the electrochemical vibration;
An electrochemical deposition apparatus comprising: control means for controlling the current of the working electrode with respect to the solution based on the upper end potential or the lower end potential detected by the detection means.
前記制御手段は、自発的振動が発生する電流密度となるように制御するようにしてあること
を特徴とする請求項14に記載の電気化学的析出装置。
The electrochemical deposition apparatus according to claim 14, wherein the control means controls the current density to generate spontaneous vibration.
請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の電気化学的析出方法により析出した物質を3次元の基本骨格として、該物質の表面に他の物質が堆積していることを特徴とする微細構造体。  A fine structure characterized in that a substance deposited by the electrochemical deposition method according to any one of claims 1 to 13 is used as a three-dimensional basic skeleton, and another substance is deposited on the surface of the substance. body. 請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の電気化学的析出方法により析出した物質の表面に他の物質を重合させ、前記析出した物質を除去することによって内部に多孔構造が形成されていることを特徴とする微細構造体。  A porous structure is formed inside by polymerizing another substance on the surface of the substance deposited by the electrochemical deposition method according to any one of claims 1 to 13, and removing the deposited substance. A fine structure characterized by that.
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