Автореферат (1105445), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Сопоставляя морфологию образцов сданными ЛВА, можно прийти к заключению, что рост оксидной пленки в кинетическом режиме (U = 40-50 В) или режиме предельного диффузионного тока (U = 120140 В) является необходимым условием упорядочения каналов в двумерную гексагональную сетку. Данные режимы формирования оксидной пленки являются наиболеепредпочтительными для обеспечения близкой скорости роста соседних каналов. В слу-Рис.
4. Морфология поверхности алюминия по данным РЭМ после удаления пористойоксидной пленки, сформированной при различных напряжениях в 0,3 М H2C2O4.8чае смешанного режима анодирования (U = 60-100 В) упорядочение пористой структуры не наблюдается из-за неоднородного фронта роста АОА вследствие различной концентрации электролита у основания прямых пор и пор с ветвлениями в верхней части.Анодирование алюминия в «жестких» условиях – влияние скорости разверткинапряжения на структуру пористых пленокНа начальной стадии анодного окисления Al в «жестких» условиях необходимолинейное увеличение напряжения для предотвращения пробоя диэлектрической оксидной пленки.
При этом происходит перестроение структуры АОА за счет увеличениярасстояния между порами и их диаметра. Это сопровождается образованием тупиковыхканалов, что негативно сказывается на транспортных свойствах мембран АОА. Дляисследования переходных процессов на стадии подъема напряжения в работепроведены эксперименты с варьированием скорости развертки от 0,5 до 5,0 В/с.На зависимостях j(t) можно выделить два участка: (i) резкое увеличениеплотности тока в начале эксперимента, вызванное линейным ростом напряжения дорабочего значения, и (ii) плавное снижение плотности тока в процессе роста пористойоксидной пленки при постоянном напряжении (рис. 5а).
Площадь заштрихованныхобластей под зависимостями j(t) равна электрическому заряду, прошедшему в процесселинейной развертки напряжения, то есть в нестационарных условиях. Именно наданной стадии происходит активное перестроение структуры АОА, приводящее кформированию неоднородного пористого слоя в верхней части образца.
Его объемнаядоля может быть найдена из отношения электрического заряда на стадии разверткинапряжения к общему прошедшему заряду (рис. 5б).б)8007006005000,5 В/с1,0 В/с2,0 В/с3,3 В/с5,0 В/с4003002001000050100150200250100Доля АОА, полученного внестационарных условиях, %Плотность тока, мА/см2а)Скорость разверткинапряжения:0,5 В/с2,0 В/с5,0 В/с806040200030010203040506070Толщина, мкмВремя анодирования, сРис. 5. (а) Хроноамперограммы, полученные в процессе анодного окисления алюминия(0,3 М H2C2O4, U = 120 В) с различной скоростью развертки напряжения. Штриховкойпоказан электрический заряд, прошедший на стадии увеличения напряжения.(б) Объемная доля АОА, сформированная в нестационарных условиях на стадииразвертки напряжения, в зависимости от толщины мембраны.Полученные зависимости свидетельствуют, что при синтезе тонких (менее10 мкм) пленок АОА при малых скоростях развертки они практически не содержатпрямолинейных каналов, так как целиком сформированы на стадии увеличениянапряжения.
В случае мембран толщиной 20-30 мкм доля переходного слоя в ихструктуре уменьшается более чем на порядок при изменении скорости развертки с 0,5до 5,0 В/с. Для более толстых мембран увеличение скорости развертки напряженияменее критично, так как объемная доля АОА, сформированного в нестационарныхусловиях, практически не зависит от продолжительности начальной стадии.9S(q)Исследование структуры полученных мембран выполнено методом МУРД. Надифракционных картинах прослеживается смещение максимума первого порядка всторону меньших углов (больших периодов структуры) по мере увеличения толщиныпористой пленки.
При малых толщинах АОА слой, сформировавшийся на стадииподъема напряжения и, как следствие, имеющий меньшую периодичность, вноситзаметный вклад в структуру образца. По мере увеличения толщины его объемная доляуменьшается, и величина Dint стремится к стационарному значению, определяемомунапряжением анодирования.Наличие большого количества тупиковых и искривленных пор в структуре тонких(19 мкм) пленок АОА, сформированных при скорости подъема напряжения 0,5 В/с,подтверждается бóльшей шириной (FWHM) кривой качания (β) для данного образца(рис. 6). Переход к скорости подъема 5,0 В/с приводит к уменьшению β более чем в двараза, что свидетельствует об увеличении доли прямых каналов в структуре.
Общий видкривых качания для образцов толщиной 65 мкм практически совпадает, а величина βсоставляет ~ 1°.Таким образом, увеличение скоростиразвертки напряжения приводит к ростуоднородности структуры АОА по толщине.Это оказывает положительное влияние настабильность образцов при высоких температурах за счет минимизации дисперсиикоэффициента термического расширенияпо толщине мембраны. К сожалению, приэтом значительно увеличивается вероятность пробоя диэлектрической оксидной Рис. 6. Характерный вид кривых качанияпленки, что делает формирование АОА при для пленок АОА различной толщины,больших скоростях развертки напряжения сформированных с различной скоростьюразвертки напряжения.менее воспроизводимым.Аттестация пористой структуры анодного оксида алюминия методоммалоугловой рентгеновской дифракцииВ работе предложена методика количественной аттестации позиционных,ориентационных и продольных корреля2,0ций в структуре АОА на основанииЭкспериментальные1,8данныеданных МУРД, которая учитывает форму1,6Аппроксимация суммой1,4лоренциановрассеивающих элементов.
Вклад форм1,2фактора F(q) в радиальное распределение1,00,8интенсивности рассеяния I(q) вычислен0,6теоретически с учетом дисперсии каналов0,4АОА по диаметру и ориентации.0,20,0Аппроксимация структурного фактора0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35-1S(q) = I(q)/F(q)суммойлоренциановq, нм(рис. 7) позволила с высокой точностью Рис. 7. Структурный фактор S(q), полученныйопределить период структуры АОА и из радиального распределения интенсивностиустановить вклад различных типов для пористой пленки АОА (0,3 М H2C2O4,U = 40 В).
На вставке представлен общий виддефектов в нарушение позиционногодифракционной картины.10порядка системы пор. В ходе работы вышеуказанный подход использован для анализапористых пленок с различными параметрами структуры и степенью упорядоченности.Влияние микроструктуры алюминия на ориентацию рядов пор в плоскости пленкиПленки АОА состоят из доменов – областей c упорядоченным расположениемканалов, размер которых не превосходит нескольких микрон даже после продолжительного анодного окисления.
Для визуализации доменной структуры АОА в работеиспользован алгоритм цветовой кодировки, который на основании изображения РЭМформирует цветную карту, показывающую ориентацию рядов пор в плоскостиоксидной пленки (рис. 8а). Применение данного алгоритма к микрофотографиям прималом увеличении позволяет визуализировать ориентационные корреляции в структуреАОА (рис.
8б). На изображении преобладает зеленая окраска, что соответствует максимуму на распределении рядов пор по ориентации (вставка на рис. 8б). Иными словами,в процессе анодного окисления домены микронного размера с гексагональной упаков-Рис. 8. (а) Изображение РЭМ нижней поверхности АОА (0,3 М H2C2O4, U = 40 В) послеудаления барьерного слоя и его раскраска по алгоритму цветовой кодировки(на вставке). Белым цветом показаны поры, не имеющие гексагонального окружения.(б) Изображение РЭМ при малом увеличении после цветовой кодировки.
На вставкеприведено распределение рядов пор по углу ориентации.кой каналов выстраиваются вдоль некоговыделенного направления в плоскостиобразца. Положение наблюдаемого максимума (<φ>) показывает направление ориентации системы пор, а его ширина характеризует мозаичность структуры (Δφ).Анализ структуры АОА в различныхточках оксидной пленки, выращенной наполикристаллической фольге, позволил определить величины <φ> и Δφ для системы пор впределах различных зерен Al. В результатеобнаружена строгая корреляция между ориентацией системы пор и микроструктуройметалла (рис. 9).
В пределах одного зернаугол, отражающий выделенное направлениеориентации рядов пор в плоскости образца,совпадает для различных участков анализа, апри переходе через межзеренную границусредние значения <φ> и Δφ резко меняются.Рис. 9. Сопоставление результатов анализаизображений РЭМ по алгоритму цветовойкодировки с картой зерен алюминия. Цветовая шкала показывает выделенное направление ориентации рядов пор в плоскости образца.11Влияние микроструктуры алюминия на направление роста каналовПрецизионное определение направления роста каналов, а также их среднейизвилистости на различных участках оксидной пленки в работе реализовано спомощью метода МУРД.
Равномерное распределение интенсивности для рефлексоводного порядка (изображение в центре рис. 10), соответствующее распространениюрентгеновского излучения вдоль длинной оси каналов, достигается в случае точнойнастройки ориентации образца вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Отклонение от данного положения на угол ~ 0,2° приводит к асимметрии дифракционныхкартин (рис.
10). Подобная высокая чувствительность получаемых изображений кориентации каналов АОА относительно пучка рентгеновского излучения даетвозможность быстрого и точного определения направления их роста.Рис. 10. Серия дифракционных картин, полученная в ходе вращения образца АОА (0,3 МH2C2O4, U = 40 В) вокруг вертикальной (нижний ряд) и горизонтальной (верхний ряд)осей, расположенных в плоскости, перпендикулярной прямому пучку.Для получения данных о направлении роста каналов на различных участкахоксидной пленки, выращенной на поверхности поликристаллической фольги, в работеиспользована процедура картирования.
Фотография образца АОА с точками, в которыхпроведены дифракционные исследования структуры, представлена на рисунке 11а.Направление роста каналов установлено путем определения углов ω и ψ, при которыхРис. 11. (а) Фотография пленки АОА (0,3 М H2C2O4, U = 40 В) с нанесенными точками, вкоторых проведены дифракционные исследования структуры. В случае заполненныхточек направление роста каналов уточнено путем построения кривых качания.(б) Направление роста каналов на различных участках образца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
