Материал: Специальные вопросы микро- и нанотехнологий. Стогней О.В., Трегубов И.М

Рис. 7.11.Схема строения (а) и РЭМ – изображение скола (б) пористого анодного оксида алюминия

На геометрические параметры оксида наибольшее влияние оказывают состав электролита и электрические режимы формирования. На основании многочисленных экспериментальных результатов установлено, что между геометрическими размерами оксида и напряжением его формирования существует линейная зависимость (рис. 7.12):

очередь от типа кислоты, удается формировать поры различного диаметра (табл. 2).

105

Как видно из экспериментальной зависимости (рис. 7.12) существует диапазон размеров оксидных ячеек от 150 до 300 нм, который не достигается в однокомпонентных электролитах. Эта проблема решается введением в раствор ортофосфорной кислоты небольшого количества серной или щавелевой кислот. Снижение анодного напряжения в этом случае обусловлено встраиванием вводимых анионов в анодную пленку. Способность анионов встраиваться в оксид возрастает в ряду

Рис. 7.12. Зависимость периода расположения пор от напряжения формирования анодного оксида алюминия (б) и РЭМ – изображение пор (а), сформированных в разных электролитах

Диаметр пор зависит от режимов анодирования более сложным образом. Известна эмпирическая зависимость для диаметра поры:

(7.5)

106

где n – число пор на см2, – диаметр поры,) – плотность тока (мА/см2), температура электролита, К.

Зависимость диаметра пор и пористости от условий формирования оксида представлена на рис. 7.13.

Рис. 7.13. Зависимости диаметра пор и пористого анодного оксида алюминия от приложенного анодногонапряжения и состава электролита

Число пор на единице площади зависит от плотности тока анодирования как

(7.6)

где составляет 5,79х 109 и 176х 105 см2, α равно 0,68 и 0,335 для электролитов на основе ортофосфорной и серной кислот соответственно.

Особый интерес в технологии формирования ПАОА представляет возможность получения идеально упорядоченных структур. Это достигается двумя способами:

1.Создание упорядоченного рельефа в результате анодного полирования алюминия в растворе НСO4 : С2Н5ОН = 1 : 3.

2.Двустадийное анодирование, при котором на первой стадии в течение определенного времени формируется упоря-

107

доченный рельеф границы раздела оксид/металл. После селективного удаления анодной пленки в растворе 20 г/л CrO3 , и 35 мл/л H3PO4 при температуре 90 oC на поверхности алюминия формируется упорядоченная пористая структура.

Оба этих метода подготовки поверхности требуют удаления нескольких десятков микрометров поверхностного слоя подложки. Поэтому они неприменимы при работе с тонкими пленками, нанесенными в вакууме. В таких случаях применяют технологию наноимпринтинга, заключающуюся в механическом переносе рельефа с твердой матрицы, предварительно созданной литографическими методами.

Все названные способы основаны на том, что вогнутые участки поверхности, размеры которых соизмеримы с периодом пористой структуры, инициируют зарождение пор. Результаты трех видов воздействия представлены на рис. 7.14- 7.16.

Рис. 7.14. Поверхность алюминия, подвергнутого анодному полированию в растворе HClO4 : C5H5OH = 1 : 3

108

Рис. 7.15. АСМ-изображение оксида, сформированного двухстадийным анодным окислением

Рис. 7.16. Схема получения упорядоченного ПАОА с применением наноимпринтинга

Применение методики импринтинга, наряду с известным эффектом самокомпенсации дефектов в процессе образования пор, можно использовать для создания ПАОА, в котором период расположения пор в несколько раз меньше периода решетки, задаваемого штампом. Кроме того, импринтинг позволяет создавать оксидные пленки, в которых поры располагаются не только в виде треугольной, но и квадратной сетки

(рис.7.17).

109