不同溫度與施加電壓對於磷酸硫酸混合液之影響

本實驗係利用 H₃PO₄(85%):H₂SO₄(98%):H₂O = 4:4:2 by weight，當 作電解液對 99.9995%的鋁片進行陽極氧化處理，並且在實驗中嘗試 著做不同的溫度、電壓變化，看看對於孔洞的排列有何影響。

圖 4-3-1 陽極氧化時間 4min，施加電壓為(a)(b)20V、(c)(d)30V、(e)(f)40V

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

圖 4-3-1 陽極氧化溫度為 75℃分別施加 20V、30V、40V 的電壓，

陽極氧化處理時間為 4 分鐘，圖 4-3-1(a)~d)中可以看到倒塌的陽極氧 化鋁孔洞的孔壁，會造成這一個現象有可能是因為在高溫 75℃之下，

其反應速率過快^[55]，但是可以看到未倒塌部分的孔洞的，規則性比起 0.3M 草酸溶液陽極處理時間 4 分鐘而言會來得好。

由圖 4-3-2 的 SEM 影像來看，在同樣的電解液不同溫度之下，孔 洞排列的規則性差異如此之大，但是我們在室溫底下並沒有看到倒塌 的陽極氧化鋁孔洞。接下來的實驗我們將在高溫下(85℃)成長的陽極 氧化鋁，直接拿來做第二次的陽極氧化鋁成長，這一次我們將電解液 換成 0.3M 草酸，在室溫下進行實驗，成長時間為 4 分鐘。圖 4-3-3 分別為第一次以及第二次陽極氧化處理過後的 SEM 圖。事實上第一 次陽極氧化處理的條件為一般電解拋光的條件，只是在電解拋光之 後，以 SEM 觀察鋁片表面我們發現到表面並沒有變的相當光滑，反 而有陽極氧化鋁孔洞的產生，而且不僅是看到孔洞在某些地方也看到 了一些像是 pre-sites 的凹洞，如圖 4-3-3(a)、(b)所示，我們看到這一 個現象之後片將同一片鋁片再度進行第二次的陽極化處理，如圖

圖 4-3-2 陽極氧化時間 4min，施加電壓 20V，溫度為室溫 25℃ (a)高倍率(b)低倍率 之 SEM 圖。

(a) (b)

4-3-3(c)、(d)可以看到相當規則排列的陽極氧化鋁孔洞陣列，而且他 們的孔洞間距並不大，大約是 50nm 左右。圖 4-3-4 為 pre-sites 的 AFM 掃描圖，可以更加清楚的看出鋁片表面 pre-sites 的形貌。根據文獻指 出在電解拋光之後，鋁片的表面會形成 pre-sites，我們做的這個實驗 剛好符合文獻中所說的現象。

圖 4-3-3 (a)(b)1^stanodization 磷酸+硫酸，溫度 85℃; (c)(d)2^ndanodization 03M 草 酸，溫度 25℃ SEM 圖。

(a) (b)

(c) (d)

以 0.3M 草酸進行第二次的陽極氧化處理部分，與 Hideki Masuda 等人看到一樣的現象^[56]，他們利用高濃度的硫酸當作電解液，並且在 高溫之下進行陽極氧化處理，他們利用 two-step 方式製作出小於 30nm 的孔洞間距，我們實驗結果的部份同樣式在高溫高濃度的電解液之 下，得到了 65nm 左右的孔洞間距，孔洞間距的縮小對於將陽極氧化 鋁運用在磁性記憶體材料方面有相當大的意義^[57]，當孔洞間距小到 25nm，就可以使得記憶密度(recording density)達到 1Tbit/in。圖 4-3-5 為 2nd 陽極氧化處理過後的鋁片 AFM 圖。

圖 4-3-4 顯示 pre-sites 的 AFM 掃描影像圖(a) 1.5μm×1.5μm (b) 1.5μm×1.5μm (c) 5μm×5μm (d) 5μm×5μm

(a) (b)

(d) (c)

我們利用 AFM 掃描軟體裡面的分析工具，對於掃描範圍 400nm 的 AFM 影像進行分析，得到孔洞的間距大約為 65nm，如圖 4-3-6 所示。

利用硫酸磷酸混合液製作出 pre-sites，接下來的第二次陽極氧化處 理，形成規則排列厚度在1μm以下之陽極氧化鋁孔洞，這樣的陽極 氧化鋁孔洞將可以有效的拿到製程上運用。

圖 4-3-5 掃描範圍(a) 3μm×3μm (b) 1μm×1μm (c) 400nm×400nm 的 AFM 掃描影像圖。

(a) (b) (c)

圖 4-3-6 Surface profile measurement