Горох Г Г, Мозалев А М, Соловей Д В, Сахарук В Н Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки БДУІР м Мінськ, П Бровки, д 6, 220013, Білорусь Тел: + 375 17 2398 047 e-mail: gorokh@bsuirunibelby

Анотація – Наведено результати розробки процесу електрохімічного анодування тонкопленочной композиції Al-Ni, в результаті якого утворюються високоупорядоченние діелектричні матриці анодного оксиду алюмінію (АОЛ) з наскрізними нанорозмірними порами, і процесу електрохімічного осадження нікелевих провідників у ці модифіковані матриці

I                                       Введення

Широке поширення в технології наноструктур знайшли методи анодного формування пористих матеріалів В їх основу покладено принцип заповнення (найбільш часто електрохімічним методом) каналів пір металами і напівпровідниками з подальшим видаленням діелектричної маски або без нього [1] Серед них слід виділити анодний оксид алюмінію, темпи вивчення властивостей і методів створення тонкоплівкових структур на його основі не знижуються вже протягом багатьох років Такий інтерес обумовлений регулярної, близькою до ідеально впорядкованої, структурою, простотою управління геометричними розмірами цієї пористої структури за допомогою вибору режимів формування оксиду і сумісністю процесу анодного окислення зі стандартними операціями технології мікроелектроніки [2] У даний роботі досліджено процеси локального розчинення барєрного оксидного шару в упорядкованому АОА при анодування тонкопленочной композиції Al-Ni і електрохімічного заповнення нанорозмірних пір металевим нікелем

II                              Основна частина

Електрохімічне анодування вакуумнонапи-лених шарів AI-NI, товщиною 1,5 і 0,2 мкм, відповідно, проводили в 0,05 М водному розчині щавлевої кислоти Анодування здійснювали за допомогою потенціостата П-5827М при щільності анодного струму 10 mA / cm ^ Для отримання високоупорядоченних матриць АОА застосовували раннє розроблений метод многостадийного анодування [3, 4]

Були досліджені і записані кінетики анодування в різних електрохімічних умовах із застосуванням general purpose interface bus (GPIB, IEEE 488) та програмного забезпечення HP Vee 6 Крива тимчасової залежності анодного потенціалу (Еа) при анодування шуканої структури показувала спочатку лінійний ріст Еа від нуля до максимального значення, після чого він поступово стабілізувався при потенціалі стійкого анодування і залишався при такому значенні доти, поки шар алюмінію повністю не прокіслялся При досягненні фронтом анодування поверхні нікелю починалося швидке зниження анодного потенціалу У цей період часу відбувалося поступове електрохімічне розчинення барєрного оксидного шару (БОС) під порами АОА і утворення в ньому нанорозмірних кишень на кордоні з нікелем На малюнку 1 наведена мікрофотографія поперечного перерізу АОА, сформованого на шарі нікелю

Рис 1 Поперечний перетин структури Al-Ni, проанодірованной в 0,05 М розчині щавлевої кислоти

Fig 1 Cross-section of anodized Ai/Ni biiayerin 0,05 M oxalic acid

Після повного розчинення БОС, електроліт починав входити в контакт з нижче лежачим шаром нікелю З поверхні зразка починалося бурхливе виділення кисню, аніони кисню відновлювалися на поверхні нікелю до утворення кисневого газу, і відбувалося електрохімічне розчинення нікелю без утворення оксиду безпосередньо через отвір в БОС Цей відносно тривалий процес припиняли одночасно зі зниженням виділення кисню і сили струму протікає через структуру, до утворення пасивної плівки на поверхні нікелю [5] Проведено детальне дослідження твердофазних перетворень на межі розділу з застосуванням методу скануючої електронної мікроскопії Запропоновано механізм локального розчинення барєрного шару під порами АОА

5 Електрохімічне осадження нікелю проводили у водному розчині 0,38 М сульфату нікелю NIS04, 0,13 М хлориду нікелю NiCb, 0,65 М борної кислоти Н3ВО3С додаванням СНз (СН2) цОЗОзМа, доведений до значення pH 5,2 20%-ним розчином NaOH Катодний потенціал, рівний 1 – 1,5 В, підтримували протягом 2-10 хв при постійному перемішуванні розчину Перед осадженням нікелю зразки обробляли ультразвуком в ванні протягом 1 хв для гарантованого видалення повітря з пор і їх «відкупорювання» Як анода використовували нікелевий електрод

Електронно-мікроскопічні дослідження отриманих зразків показали, що нікель рівномірно осідає в підставах пір АОА, при цьому утворюється хороший контакт з вакуммнонапиленним вихідним шаром Ni, що є катодом для осідає, металу Невеликий розкид по висоті заповнення пір викликаний, імовірно, неоднаковим доступом електроліту до поверхні нікелю, але в подальшому цей розкид поступово зникає На малюнку 2 представлені електронно-мікроскопічес-кі знімки перетину АОА з обложеними в порах нікелевими нанопровідників (рис 2, а) і поверхні зразка після селективного видалення матриці АОА (рис 2, б)

Рис 2 Мікрофотографії поперечного перерізу АОА з обложеними в порах нанопровідників (а) і поверхні підкладки після селективного стравлювання АОА Вид нікелевих наностержней обложених в матриці АОА після її хімічного видалення (6)

Fig 1 SEM of cross-section (а) of anodized Al / Ni bilayer with Ni nanowires and surface after porous alumina dissolution (b)

Вивчено вплив умов проведення електрохімічного процесу (часу осадження, щільності анодного струму) на параметри формованих нанопроводников для різних типів матриць АОА

III                                  Висновок

Розроблено та досліджено процес електрохімічного заповнення пір в модифікованих матрицях АОА металевим нікелем з багатокомпонентного сольового розчину

Розроблений метод забезпечує безлітогра-фіческое формування металевих нанопроводников контрольованих розмірів в порах АОА з регульованим просторовим масштабуванням Досліджені процеси можуть знайти застосування в технології створення тонкоплівкових авто-емісійних матриць

IV                           Список літератури

[1] Н Masuda, М Satoh Fabrication of gold nanodot array using anodic porous alumina as an evaporation mask Jpn

J Appl Phys, Vol 35, (1996) p L 126-L 129

[2]  G E Thompson Porous anodic alumina: fabrication, characterization and applications//Thin Solid Films, Vol297, 1997, p192-201

[3]  D Solovei, G Gorokh, A Mozalev, The growth of porous alumina films of the ordered surface morphologies by multi- step anodizing process, Book of Abstracts I of the 55-th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, Thessaloniki, Greece, 19-24 September, 2004, p 1023

[4] Д B Соловей, AM Мозалев, Г Г Горох, О А Боровикова, І В Клещенко, Формування анодного оксиду алюмінію з упорядкованою морфологією методом трехступенчатого анодування, Известия Білоруської Інженерної Академії, № 1 (19) / 5 2005, стор 46-48

[5] А Mozalev, G Gorokh, D Solovei, A Poznyak Direct observation of anodic film growth and dissolution on superimposed aluminium and nickel metallic layers / / Proceedings of the 13th European Microscopy Congress, (EMC 2004), Antwerp, Belgium, 22-24 Aug 2004, p 533-534

SYNTHESIS OF NICKEL NANOWIRES IN ANODIC ALUMINA PORES

G Gorokh, A Mozalev, D Solovei, V Sakharuk Belarusian State University of Informatics and Radioelectronic BSUIR 6, P Brovka str, Minsk, 220013, Belarus ph: +375 17 2398047, e-mail: gorokh@bsuirunibelby

Abstract – Direct electron optical study has been carried out for anodic film grown on substrates comprising an aluminium layer superimposed on nickel (Ni-AI bilayer) in 0,05M oxalic acid electrolyte The latter was expected to provide the conditions for thorough barrier layer dissolution at the nickel/alumina interface in order to produce nanoporous templates suitable for Ni electrochemical deposition and forming metallic nanowires suitable for direct multifunctional applications

I                                         Introduction

Nanostructured materials have attracted much interest in the production of electronic, magnetic, optical, and micromechanical devices One of the ways for nanostructured films fabrication is materials deposition into a porous template like a controllable nanometer-sized pore anodic alumina Presented in this paper is a simple process for preparation of ordered Ni nanowires arrays embedded in nanochannels of anodized Al/Ni bilayer by direct current electrodeposition

II                                        Main Part

Kinetic and direct electron optical study have been made for anodic film growth on Al/Ni bilayer in electrolytes for porous alumina formation The latter was expected to provide the conditions for thorough barrier layer dissolution at the nickel/alumina interface in order to produce nanoporous templates suitable for direct current electrodeposition of Ni Moreover, some findings regarding anodization process and formation mechanism for these nanostructures are reported In order to put in the set of alumina pores we have applied universal multi-step anodizing process, which is highly effective for all types of porous oxide films regardless of pore regularity degree and the value of forming voltage We have prepared Ni nanowire arrays using DC electrodeposition in this alumina template from acid solutions Electron microscopy results have demonstrated that these Ni nanowires possess uniform length, diameter, and direction of nanowires growth

III                                       Conclusion

This paper demonstrates that metal deposition directly into the alumina template is the simple and efficient method of producing ordered metal nanowire arrays with well-controlled structure

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р