Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии
Работа посвящена разработке методик контролируемого анодного окисления для исследования кинетики роста и морфологии наноструктурированных анодных окисных пленок, их пористости и контроля высоты пор. Применение контролируемого анодного окисления в качестве метода экспресс-контроля при отработке техно...
Gespeichert in:
| Datum: | 2002 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2002
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6356 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии / Т.С. Лебедева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 27-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6356 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лебедева, Т.С. 2010-03-01T16:30:25Z 2010-03-01T16:30:25Z 2002 Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии / Т.С. Лебедева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 27-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6356 583.945, 539.216.2:691.5 Работа посвящена разработке методик контролируемого анодного окисления для исследования кинетики роста и морфологии наноструктурированных анодных окисных пленок, их пористости и контроля высоты пор. Применение контролируемого анодного окисления в качестве метода экспресс-контроля при отработке технологии дало возможность исследовать особенности роста пористых пленок анодного окисла алюминия при различных режимах их формирования. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| spellingShingle |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии Лебедева, Т.С. |
| title_short |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| title_full |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| title_fullStr |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| title_full_unstemmed |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| title_sort |
применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии |
| author |
Лебедева, Т.С. |
| author_facet |
Лебедева, Т.С. |
| publishDate |
2002 |
| language |
Russian |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| format |
Article |
| description |
Работа посвящена разработке методик контролируемого анодного окисления для исследования кинетики роста и морфологии наноструктурированных анодных окисных пленок, их пористости и контроля высоты пор. Применение контролируемого анодного окисления в качестве метода экспресс-контроля при отработке технологии дало возможность исследовать особенности роста пористых пленок анодного окисла алюминия при различных режимах их формирования.
|
| issn |
1817-9908 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6356 |
| citation_txt |
Применение контролируемого анодного окисления для исследования наноструктурированных анодных пористых окисных пленок на алюминии / Т.С. Лебедева // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2002. — № 1. — С. 27-32. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lebedevats primeneniekontroliruemogoanodnogookisleniâdlâissledovaniânanostrukturirovannyhanodnyhporistyhokisnyhplenoknaalûminii |
| first_indexed |
2025-11-25T23:31:55Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:31:55Z |
| _version_ |
1850582798331543552 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 27
Работа посвящена разработке
методик контролируемого анод-
ного окисления для исследования
кинетики роста и морфологии
наноструктурированных анодных
окисных пленок, их пористости и
контроля высоты пор. Примене-
ние контролируемого анодного
окисления в качестве метода экс-
пресс-контроля при отработке
технологии дало возможность
исследовать особенности роста
пористых пленок анодного окисла
алюминия при различных режимах
их формирования.
Т.С. ЛЕБЕДЕВА, 2002
ÓÄÊ 583.945, 539.216.2:691.5
Ò.Ñ.ËÅÁÅÄÅÂÀ
ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÊÎÍÒÐÎËÈÐÓÅÌÎÃÎ
ÀÍÎÄÍÎÃÎ ÎÊÈÑËÅÍÈß
ÄËß ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈß
ÍÀÍÎÑÒÐÓÊÒÓÐÈÐÎÂÀÍÍÛÕ
ÀÍÎÄÍÛÕ ÏÎÐÈÑÒÛÕ ÎÊÈÑÍÛÕ
ÏËÅÍÎÊ ÍÀ ÀËÞÌÈÍÈÈ
Анодные оксидные пленки (АОП) алюми-
ния, полученные путем электрохимического
анодного окисления, в зависимости от усло-
вий формирования могут быть плотными
(барьерными) или пористыми. Плотные
пленки оксида алюминия, толщина которых
ограничена напряжением формовки и со-
ставляет единицы микрон, нашли примене-
ние в качестве защитных, изоляционных и
туннельных слоев. Пористые пленки анодно-
го оксида алюминия, толщина которых мо-
жет достигать сотен микрон, давно исполь-
зуются в качестве антикорозионных, упроч-
няющих и декоративных покрытий. Возмож-
ность получения качественных диэлектриче-
ских слоев в широком интервале толщин
(10-2 - 103 мкм) в сочетании термостойкостью
и радиационной стойкостью анодного оксида
алюминия обуславливает их широкое приме-
нение в микроэлектронике [1-3]. Диэлек-
трические слои из пористых АОП алюминия
используются в качестве подложек и изоли-
рующих элементов конструкций электрон-
ных приборов, служат основой для много-
уровневых плат гибридных полупроводнико-
вых микросхем, терморадиационностойких
вакуумных интегральных схем и др. Оптиче-
ские свойства пористых АОП алюминия вы-
зывают интерес у специалистов по фото- и
люминесценции, у разработчиков рассеи-
вающих фильтров в видимой и ближней ин-
фракрасной областях. В последнее время
Т.С. ЛЕБЕДЕВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 28
появились сообщения о возможности формирования на основе АОП алюминия
рубиновых пленок, которые в перспективе могут быть использованы при созда-
нии тонкопленочных квантовых генераторов [3]. Пористые АОП алюминия на-
ходят применение для изготовления тонкопленочных сенсоров [4], в том числе
для мультисенсорных систем контроля.
В последнее время внимание специалистов привлекает являющаяся уни-
кальной морфологической системой регулярная сотовая структура пористых
АОП алюминия. Варьирование условий формирования пленок позволяет полу-
чать системы перпендикулярных к поверхности ячеек с размерами от 20 нм до
1000 нм и размерами пор внутри ячеек от 6 нм до 300 нм [2].
РИС. 1. Схематическое изображение пористой пленки анодного окисла алюминия
АОП алюминия с регулярными массивами пор могут быть использованы
в качестве масок для наноразмерных мезоскопических структур («естественная
литография») [5-8]. Проводятся исследования по использованию структуриро-
ванных пор АОП алюминия для получения наноразмерных нитей, точечных и
столбиковых структур. Заполнение пор выполняют посредством вакуумного
или электрохимического осаждения металлов [2-7], а также выращиванием в
порах АОП алюминия анодного окисла другого металла, являющегося подсло-
ем для алюминия [8]. Делаются шаги по использованию таких структур для
разработки новых классов электронных устройств − носителей сверхплотной
магнитной записи, вакуумных приборов с автоэмиссионными эмиттерами, све-
тоизлучающих диодов, поляризаторов для оптоэлектроники, дисплеев с полевой
эмиссией и др.
В связи в вышеизложенным ясен интерес к изучению кинетики роста микро-
структурированных пористых АОП алюминия, выяснению взаимосвязи между
режимами их формирования и размерными параметрами, разработке методов
контроля параметров и электрофизических свойств.
Пора
Подложка
Al
Al Ox
ПРИМЕНЕНИЕ КОНТРОЛИРУЕМОГО АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 29
Данная работа посвящена разработке технологии и методов контроля по-
ристых АОП алюминия и наноразмерных структурированных пленок со столби-
ками анодного окисла ниобия в порах окисла алюминия (Al2O3 - Nb2O5).
Исследования проводились на основе развитого авторами ранее для экс-
пресс-контроля тонкопленочных технологий метода анодной спектроскопии
[9-10], который в контексте данной работы более точно называется методом
контролируемого анодного окисления.
Метод основан на том, что при проведении анодного окисления в режиме
постоянного тока скорость изменения напряжения на ячейке
dU/dt = λ (M/nZρF)(I/S)Edif ,
где λ − эффективность формовки; I/S = j − плотность тока при анодном окис-
лении, задаваемая стабилизированным током I и окисляемой площадью S;
М − молекулярный вес окисла; ρ − плотность окисла; n.Z − валентность реак-
ции окисления; F − число Фарадея; Едиф − дифференциальная напряженность
поля в анодном окисле.
Контролируя dU/dt(t) или dU/dt(U) в процессе проведении окисления в фор-
мирующем пористый окисел электролите, можно легко отследить кинетику пе-
рехода от формирования сплошного окисла к формированию пористого и на-
пряжение Uf, при котором устанавливается режим формирования пористой
АОП, когда (dU/dt)f = 0, и, в то время, как высота стенок пор нарастает, донная
часть пор имеет постоянную толщину hf = Uf К, где К = 1,4 нм/в.
Если, сформировав пористый слой окисла алюминия, заменить электролит,
на такой, в котором формируется сплошной слой окисла, то толщина окисла
при дальнейшем окислении образца будет увеличиваться не по всей поверхно-
сти образца, а только на дне пор. При этом ток формовки протекает только по
площади, равной сумме площадей пор S1, величина (dU/dt)1, пропорциональная
плотности тока, относится к величине (dU/dt)0 при формировании плотного
окисла на всей площади образца S0 как S0/S1. Таким образом, измерив dU/dt, мы
получаем возможность выяснить, какую часть всей анодируемой поверхности
занимает площадь пор. Обычно оценку пористости получают, проводя элек-
тронно-микроскопические исследования [3-8], что требует специального обору-
дования и длительного времени для проведения анализа. Предлагаемый нами
метод является простым и быстрым (время выполнения процедуры - несколько
минут) методом экспресс-контроля, что особенно важно при отработке техноло-
гии.
Для проведения исследований пленки алюминия толщиной 50 нм-1000 нм, а
так же пленки алюминия с подслоем ниобия 300 нм осаждались на ситаловые
подложки магнетронным распылением на постоянном токе [9-10]. Анодное
окисление проводили в капиллярной двухэлектродной электролитической ячей-
ке с платиновым катодом. Тестовые площадки размером 1мм2 формировались в
виде «окон» в фоторезисте или протравливались в виде «флажков». Питание
электролитической ячейки и вывод dU/dt(U) и dU/dt(t) на самописец осуществ-
лялись с помощью прибора «Эпсилон» [9]. Для формирования сплошных АОП
Т.С. ЛЕБЕДЕВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 30
использовался электролит на основе пентабората аммония и этиленгликоля [9],
а для пористых АОП алюминия − водный 3% раствор щавелевой кислоты.
Профили анодирования при формировании АОП на тонкопленочных струк-
турах Al/Nb в зависимости от тока формовки приведены на рис.2. На профилях
анодирования видно, как меняется эффективность формовки при окислении по-
верхности алюминия вплоть до (dU/dt)f = 0 (формирование пористого окисла
алюминия сквозь всю толщину пленки алюминия), как происходит переход к
формированию плотного окисла на ниобии.
Заметим, что в связи с инверсией окислов при анодировании наложенных
пленок [11] вопрос о кинетике формирования столбиковых структур окисла
ниобия в матрице анодного окисла алюминия требует дальнейшего изучения.
РИС. 2. Профили анодирования структур Al/Nb в 3% щавелевой кислоте
На рис.3 приведены зависимости dU/dt(U), полученные при окислении алю-
миния со сменой электролита. Кривая а соответствует росту сплошного окисла
на поверхности алюминия в электролите на основе пентабората аммония. Уча-
сток I кривой б получен при формировании пористого окисла алюминия в 3%
щавелевой кислоте в течении 15 минут. После промывки образца в деионизо-
ванной воде и замены электролита проводилось формирование барьерного окис-
ла в порах AlOx (участок II). Измерение dU/dt на этом участке после установле-
Напряжение, вольты
ПРИМЕНЕНИЕ КОНТРОЛИРУЕМОГО АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ...
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 31
ния стационарного режима дает возможность оценить, какую часть всей поверх-
ности образца составляет поверхность пор S1/S0 = (dU/dt)0/(dU/dt)1. Для данного
эксперимента S1/S0 = 0,63, что соответствует данным, приведенным в [2].
РИС. 3. Профили анодирования Al в электролите на основе пентабората аммония и
этиленгликоля (а), и в режиме со сменой электролита (б)
На основе полученных АОП алюминия были сформированы емкостные сен-
сорные структуры площадью 0,8 мм2
. Исследования показали, что при измене-
нии относительной влажности от 40 % до 100 % (измерения проводились над
калибровочными солями) емкость их воспроизводимо увеличивается более чем
в три раза и они могут быть использованы для создания датчиков влажности.
Выводы. Приведенные в работе данные показывают, что метод контролиру-
емого анодного окисления в режиме постоянного тока может быть успешно
применен для исследования кинетики роста наноструктурированных анодных
окисных пленок, их пористости и контроля высоты пор. Применение данного
метода в качестве метода экспресс-контроля при отработке технологии дало
возможность исследовать кинетику роста и особенности морфологии пористых
пленок анодного окисла алюминия при различных режимах их формирования.
1. Мухуров Н.И. Особенности анодного оксида алюминия как диэлектрика для различных
приборов микроэлектроники // Микроэлектроника. – 1999 – 4. – C. 75-78.
2. Болтушкин А.В., Шадров В.Г. Пленочные металл-оксидные гетероструктуры на поверх-
ности алюминия для магнитной записи // Успехи современной радиоэлектроники. –
1997. – 11. – C. 51-58.
Напряжение, вольты
Т.С. ЛЕБЕДЕВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2002, №1 32
3. Сурганов В.Ф., Мозалев А.М., Позняк А.А. Рубиновые пленки анодного оксида алюми-
ния // Зарубежная электронная техника. – 1998. – 11. – C. 85 - 92.
4. Арутюнян В.М. Микроэлектронные технологии – магистральный путь для создания хи-
мических твердотельных сенсоров // Микроэлектроника. – 1991. − 4. − С. 337 - 355.
5. Fabrication of nano-dot and nano-ringrays by nanosphere litography / M. Winzer,
M. Keiber, N. Dix, R. Wiesendanger // Appl. Phys. A. − 1996. − V. 63. – С. 617 - 619.
6. Thin-film field-emission microcathode arrays / J.M.Macaulay, I.Brodie, C.A.Spindt,
C.E. Holland // Appl. Phys. Lett. − 1992. − V. 61. − P. 997 - 998.
7. Fabrication of highly ordered metallic nanowire arrays by electrodeposition / A.J. Yin, J. Li,
W. Jian, A.J. Bennett, J.M. Xu // Appl. Phys. Lett. − 2001. − 7. − C. 1039 - 1041.
8. Воробьева А.И. Кинетические особенности формирования столбиковых структур мето-
дом анодного оксидирования // Микроэлектроника. − 2001. − 6. − C. 445 – 458.
9. Лебедева Т.С. Разработка метода анодной спектроскопии и исследование формирова-
ния анодных окисных пленок применительно к тонкопленочным технологиям. Автореф.
дисс. канд. техн. наук. − Киев: Ин-ут кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины. −
1997. − 152 c.
10. Navala S.Ya. , Shpilevoy P.B., Vojtovich I.D. Express-control system of superconducting mi-
crocircuits fabrication technology by anodization spectroscopy method // J. De Phys IV. −
1998. − V.8. − P. 3 – 309 - 315.
11. Pringle J.P.S. The anodic oxidation of superimposed metallic layers: theory // Electrochemica
Acta. − 1980. − 25. − P. 1423 - 1437.
Получено 01.07.2002
|