Аннотация
Методом эллипсометрииinsitu изучен процесс анодного окисления алюминия в растворах щавелевой кислоты. Эксперименты проводились в специально разработанной электрохимической ячейке. Значения параметров растущего слоя проводилось с помощью решения обратной задачи эллипсометрии методом подгонки расчетных спектральных зависимостей эллипсометрических углов под экспериментальные данные в соответствии с основным уравнением эллипсометрии. Экспериментально определено время быстрой стадии образования барьерного слоя и медленной стадии образования толстого оксида. Определены кинетические закономерности стадий процесса образования анодного оксида. Показано, что барьерный слой формируется в течение 1-2 с, имеет толщину 30…40 нм, а его свойства слабо зависят от величины приложенного напряжения. На медленной стадии роста при напряжениях ниже 30 В образуется плотный слой. При увеличении напряжения выше 30 В наблюдается существенное увеличение скорости роста анодного слоя. При этом слой становится мезопористым, содержит одномерно упорядоченные поры приблизительно одинакового размера. Средний размер пор увеличивается с ростом напряжения от 20 до 200 нм. Оценены значения пористости слоя, которые согласуются с результатами прямого исследования морфологии пленки методом электронной микроскопии. Обнаружено, что с ростом напряжения увеличивается шероховатость границы раздела фаз и в растущий слой захватываются частицы металлического алюминия, что подтверждается данными РФЭС. Совокупность экспериментального материала, полученного в данной работе, позволяет сделать вывод о том, что эллипсометрия является удобным и эффективным методом insitu контроля роста анодных слоев оксида алюминия и исследования их характеристик.
Ключевые слова: эллипсометрия, in situ эллипсометрические измерения, анодное окисление алюминия, спектральная эллипсометрия, анодные оксидные пленки, стадии анодирования, барьерный слой, морфология анодных пленок, мезопористые пленки, влияние напряжения, шероховатость анодных пленок, эллипсометрический контроль технологии анодирования
Список литературы
1. Schuth F. Ordered mesoporous materials – state of the art and prospects // Studies in Surface Science and Catalysis. – 2001. – Vol. 135. – P. 1–12. – doi: 10.1016/S0167-2991(01)81182-4.
2. Synthesis and functionalization of a mesoporous silica nanoparticle based on the sol–gel process and applications in controlled release / B.G. Trewyn, I.I. Slowing, S. Giri, H.-T. Chen,
V.S.-Y. Lin // Accounts of Chemical Research. – 2001. – Vol. 40, iss. 9. – P. 846–853. – doi: 10.1021/ar600032u.
3. Mesoporous catalytic membranes: synthetic control of pore size and wall composition / M.J. Pellin, P.C. Stair, G. Xiong, J.W. Elam, J. Birrell, L. Curtiss, S.M. George, C.Y. Han, L. Iton, H. Kung, M. Kung, H.-H. Wang // Catalysis Letters. – 2005. – Vol. 102, iss. 3–4. – P. 127–130. – doi: 10.1007/s10562-005-5843-9.
4. Poinern G.E.J., Ali N., Fawcett D. Progress in nano-engineered anodic aluminum oxide membrane development // Materials. – 2011. – Vol. 4, N 3. – P. 487–526. – doi: 10.3390/ma4030487.
5. Аззам Р., Башара Н. Эллипсометрия и поляризованный свет: пер. с англ. / под ред. А.В. Ржанова. – М.: Мир, 1981. – 426 с.
6. Vedam K. Spectroscopic ellipsometry: a historical overview // Thin Solid Films. – 1998. – Vol. 313–314. – P. 1–9. – doi: 10.1016/S0040-6090(97)00762-1.
7. Лифшиц В.Г., Репинский С.М. Процессы на поверхности твердых тел. – Владивосток: Дальнаука, 2003. – 704 с.
8. Handbook of ellipsometry / ed. by H.G. Tompkins, E.A. Irene. – Norwich: William Andrew Publishing; Heidelberg: Springer, 2005. – 891 p.
9. Diggle J.W., Downie T.C., Goulding C.W. Anodic oxide films on aluminum // Chemical Reviews. – 1969. – Vol. 69, iss. 3. – P. 365–405. – doi: 10.1021/cr60259a005.
10. Palik E.D. Handbook of optical constants of solids. – New York: Academic Press, 1985. – 678 p.
11. Юнг Л. Анодные оксидные пленки: пер. с англ. – Л.: Энергия, 1967. – 232 с.
12. Furneaux R.C., Rigby W.R., Davidson A.P. The formation of controlled-porosity membranes from anodically oxidized aluminium // Nature. – 1989. – Vol. 337, N 6203. – P. 147–149. – doi: 10.1038/337147a0.
13. Morphological instability leading to formation of porous anodic oxide films / K.R. Hebert, S.P. Albu, I. Paramasivam, P. Schmuki // Nature Materials. – 2012. – Vol. 11, iss. 2. – P. 162–166. – doi: 10.1038/nmat3185.
14. Jessensky O., Müller F., Gösele U. Self-organized formation of hexagonal pore structures in anodic alumina // Journal of the Electrochemical Society. – 1998. – Vol. 145, iss. 11. – P. 3735–3740. – doi: 10.1149/1.1838867.
15. Thompson G., Wood G.C. Anodic films on aluminum // Treatise on Materials Science and Technology / ed. by J.C. Scully. – New York: Elsevier, 1983. – Vol. 23, [pt.] 5. – P. 205–329. – doi: 10.1016/B978-0-12-633670-2.50010-3.
16. Справочник химика: т. 3: Химическое равновесие и кинетика, свойства растворов, электродные процессы / редкол.: гл. ред. Б.П. Никольский. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.; Л.: Химия, 1965. – С. 755–825.
17. Sulka G.S. Highly ordered anodic porous alumina formation by self-organized anodizing // Nanostructured Materials in Electrochemistry / Ed. by A. Eftekhari. – Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008. – Chapter 1. – P. 1–116. – doi: 10.1002/9783527621507.ch1.
18. Lee W., Ji R., Gösele U., Nielsch K. Fast fabrication of long-range ordered porous alumina membranes by hard anodization // Nature Materials. – 2006. – Vol. 5, iss. 9. – P. 741–747. – doi: 10.1038/nmat1717.
19. Fabrication of ideally ordered nanoporous alumina films and integrated alumina nanotube arrays by high-field anodization / S.-Z. Chu, K. Wada, S. Inoue, M. Isogai, A. Yasumori // Advanced Materials. – 2005. – Vol. 17, iss. 17. – P. 2115–2119. – doi: 10.1002/adma.200500401.
20. Fabrication of highly ordered nanoporous alumina films by stable high-field anodization / Y. Li, M.J. Zheng, L. Ma, W. Shen // Nanotechnology. – 2006. – Vol. 17, iss. 20. – P. 5101–5105. – doi: 10.1088/0957-4484/17/20/010.
