[发明专利]具有形貌图案化的膜的膜介导的电抛光

权利要求书

1.膜介导的电抛光方法，包括：

a.提供阴极半电池，包括：

1.完全或部分密闭的容积、腔或容器；

2.电解质溶液或凝胶，其部分或基本填充所述密闭的容积、腔或容器；

3.电极，其与电解质溶液或凝胶接触；

4.工具，用于电连接电极至DC电源；和

5.电荷选择性离子传导膜，其密封所述密闭的容积、腔或容器的一个表面，使得所述膜的内表面接触电解质溶液或凝胶，外表面能够接触金属工件和导电率低的溶剂或溶液，其中所述膜用位于所述膜的外表面上的宽度WL的槽脊和深度DC沟道形貌图案化，并且所述沟道延伸至轮廓面积的边缘；

b.用导电率低的溶剂或溶液基本上覆盖金属工件的表面；

c.提供DC电源，其正接线端连接金属工件，其负接线端连接所述半电池的电极；和

d.使金属工件与至少一部分所述膜的外表面接触。

2.权利要求1的方法，其中所述金属工件和所述阴极半电池的膜相对于彼此移动，以致膜的接触面移动越过所述金属工件的表面。

3.权利要求1的方法，其中所述膜为阳离子传导膜。

4.权利要求3的方法，其中所述膜包括用强酸基官能化的聚合的离子交联聚合物，其中所述酸基的pKa小于3。

5.权利要求4的方法，其中所述酸基为磺酸基。

6.权利要求5的方法，其中所述聚合的离子交联聚合物为全氟磺酸/PTFE共聚物。

7.权利要求1的方法，其中所述金属工件包括选自下述的物质：银、镍、钴、锡、铝、铜、铅、钽、钛、铁、铬、钒、锰、锌、锆、铌、钼、钌、铑、铪、钨、铼、锇、铱、及其合金，和黄铜及钢。

8.权利要求7的方法，其中所述金属工件包括铜。

9.权利要求1的方法，其中所述电解质具有大于10mS/cm的导电率。

10.权利要求9的方法，其中所述电解质进一步包括金属盐。

11.权利要求10的方法，其中所述金属盐的金属离子具有与阳极氧化金属工件产生的金属离子相同的元素组成和相同的氧化态。

12.权利要求11的方法，其中所述工件包括铜，所述电解质包括在含有酸的水溶液中的硫酸铜。

13.权利要求12的方法，其中所述酸选自硫酸和磷酸。

14.权利要求12的方法，其中所述水溶液进一步包括乙腈。

15.权利要求1的方法，其中所述导电率低的溶剂具有小于200mS/cm的导电率。

16.权利要求13的方法，其中所述导电率低的溶剂为水或水溶液。

17.权利要求1的方法，其中所述的方法在恒定电压下进行。

18.权利要求1的方法，其中所述的方法在恒定电流下进行。

19.权利要求1的方法，其中所述方法是在随时间改变在选定的电压值之间的电压进行。

20.权利要求1的方法，其中所述方法是在随时间改变在选定的电流值之间的电流进行。

21.用于膜介导的电抛光金属工件的装置，包括：

a.DC电源；

b.工具，用于电连接所述工件至DC电源的正接线端；

c.电解质溶液或凝胶；

d.导电率低的溶剂或溶液，其与膜和工件接触；

e.电荷选择性离子传导膜，其密封所述密闭的容积、腔或容器的一个表面，使得所述膜的内表面接触电解质溶液或凝胶，外表面能够接触金属工件和导电率低的溶剂或溶液，其中所述膜用位于所述膜的外表面上的宽度W_L的槽脊和深度D_C的沟道形貌图案化，并且所述沟道延伸至轮廓面积的边缘；

f.阴极，其与电解质溶液或凝胶接触；

g.工具，用于连接阴极和所述DC电源的负接线端；和

h.工具，用于沿着所述工件的表面以与工件和导电率低的溶剂或溶液接触的方式移动该膜。

22.用于膜介导的电抛光的阴极半电池，包括：

a..完全或部分密闭的容积、腔或容器；

b.电解质溶液或凝胶，其部分或基本填充所述密闭的容积、腔或容器；

c.电极，其与电解质溶液或凝胶接触；

d.电荷选择性离子传导膜，其密封所述密闭的容积、腔或容器的一个表面，使得所述膜的内表面接触电解质溶液或凝胶，外表面能够接触金属工件和导电率低的溶剂或溶液，其中所述膜用位于所述膜的外表面上的宽度W_L的槽脊和深度D_C的沟道形貌图案化，并且所述沟道延伸至轮廓面积的边缘。