[发明专利]一种三维微区电化学沉积控制方法及其适配系统

说明书

本发明提供的该三维微区电化学沉积控制方法及其适配系统，其中方法步骤包括：在电解液和样品表面之间施加直流偏压和交流方波信号后；检测微管尖端与样品表面接触前回路中的交流电流信号，以计算正负电荷量Q＝∫idt，其中i为第一交流电流值，t为检测周期，并进阶计算电容值其中V_a为交流信号幅值，后根据推算出微管接近样品表面的接近距离d，其中r为微管尖端半径，ε₀为介电常数，籍此来准确判断该微管尖端与样品表面的实际距离。

技术领域

本发明涉及电化学沉积技术，尤其涉及采用电容检测技术精确控制三维微区电化学沉积的方案。

背景技术

电化学沉积是指在外电场作用下电流通过电解质溶液中正负离子的迁移并在电极上发生得失电子的氧化还原反应而形成镀层的技术，近年来基于中空微管的三维微区电化学沉积技术受到产业界和学术界的广泛关注，可实现各类金属微纳三维结构的精准打印。在这些微纳三维打印过程中，中空微管和沉积表面逼近过程中两者间距的精准控制以及微纳结构打印过程中中空微管移动速率的实时调控，决定了打印物件的尺寸、精度和打印过程的重复性。

近年来基于中空微管的三维微区电化学沉积技术受到产业界和学术界的广泛关注，由于其可实现各类金属微纳三维结构的精准打印。在开始沉积之前，微管需要逐渐接近样品表面，并和样品表面发生轻微的接触。在已有报道中，一般通过力或者电流测量微管是否与样品表面发生接触，这种检测方式只有在发生接触后才能起作用。

因此，在接触之前，只能通过缓慢移动的方式靠近样品表面，如果移动速度过快，可能导致微管尖端撞坏。此外在沉积过程中，微管移动速率还需要根据沉积物的生长情况实时调控。从而如果通过力检测的方式监控生长高度，则需要等到沉积物生长到了管口处才能检测到。而通过电流检测生长速度的方式，则会由于误差累计的问题，导致沉积物的高度计算逐渐出现偏差。从而这些问题的累积，极有可能导致打印图案中断，或者导致微管堵塞等问题，最终导致打印失败。因此本领域亟待一种能够解决上述问题的技术方案出现。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种三维微区电化学沉积控制方法及其适配系统，以提高沉积过程中的接近速度，及沉积物高度检测精准性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种三维微区电化学沉积控制方法，步骤包括：在电解液和样品表面之间施加直流偏压和交流方波信号后；检测微管尖端与样品表面接触前回路中的交流电流信号，以计算正负电荷量Q＝∫idt，其中i为第一交流电流值，t为检测周期，并进阶计算电容值其中V_a为交流信号幅值，后根据推算出微管接近样品表面的接近距离d，其中r为微管尖端半径，ε₀为介电常数。

可选地，其步骤还包括：

计算其中，M为沉积物的摩尔质量，n为每个电解液离子还原的电子数，F为法拉第常数，ρ为沉积物密度，r为微管尖端半径，i为电镀电流，v为沉积物生长速度，进而计算出沉积物高度h＝∫vdt。

可选地，其步骤还包括：

计算其中ε为溶液的相对介电常数，进而根据微管尖端和样品表面的距离d计算出沉积物的高度：h＝l-d。

可选地，其步骤还包括：

计算其中，M为沉积物的摩尔质量，n为每个电解液离子还原的电子数，F为法拉第常数，ρ为沉积物密度，r为微管尖端半径，i为电镀电流，v为沉积物生长速度，进而计算出沉积物高度h＝∫vdt；

计算其中ε为溶液的相对介电常数，进而根据微管尖端和样品表面的距离d计算出沉积物的高度：h＝l-d；