影響陽極氧化鋁成長的條件

實驗上為了要得到大規模且規則排列的陽極氧化鋁陣列，藉由改變 一些參數來達到此結果是必要的，例如使用不同種類的電解液(硫 酸、草酸、磷酸、不同比例硫酸磷酸混合溶液)、電解液的濃度、施 加的電壓、陽極氧化處理時的溫度以及時間等等。適當的調整以上各 參數可以得到最佳成長氧化鋁孔洞的條件，以下的最佳條件以最常使 用的草酸電解液為例。

2.2.1 外加電壓

草酸溶液施加電壓的範圍在 10V-60V 之間，在 10V-40V 區段可以 看到孔洞的規則性隨著電壓的增加而上升，然而在電壓大於 40V 時 孔洞規則性有下降趨勢，最佳的處理電壓為 40V 由圖 2-2-1 可以看到 此一現象^[12]。

圖2-2-1 外加不同電壓所看到的陽極氧化鋁SEM圖以及FET圖^[12]

此外外加的電壓與孔洞間距(interpore distance)呈線性關係，隨著施 加電壓的增加孔洞間距也跟著拉長，由圖 2-2-2 可以看出此一現象^[13]。

2.2.2 陽極氧化處理時間

由於自組成六角形孔洞陣列係由孔洞間的排斥力所造成^[14]，隨著陽 極氧化處理的時間越長所得到的孔洞陣列越趨規則，而且規則的範圍 (domain size)會隨著時間而增大，即使到了 60hrs 依然看得到這現象

[15]，奈米孔洞的規則性可以在其他條件都固定之下只增加陽極氧化處 理的時間而獲得良好排列的孔洞陣列。然而，大範圍規則排列的孔洞 並不會一直持續擴大範圍，而是在某一特定時間之後其範圍(Domain Size)會下降^[16]。此現象可由孔洞的頂部位子 pH 的改變來做解釋，因 為離子在電解液內的擴散是有一限度的。可以藉由多次的陽極氧化處 理改善此問題。

2.2.3 電解液濃度

藉由改變電解液濃的可以看到孔洞排列位子對稱性的變化

(Symmetry Variation)，圖 2-2-3 顯示鋁片分別在 0.05M、0.15M、0.5M 的草酸溶液中進行陽極化處理的 SEM 圖以及 FET 圖^[17]。在 0.05M 草 酸中可以清楚看到孔洞呈現不規則排列，相反的在 0.5M 草酸中卻看

圖2-2-2 外加電壓與孔洞間距之關係圖^[13]

得到非常規則排列的陽極氧化鋁孔洞，而且鋁片經過 20hrs 的時間 後，孔洞規則排列的範圍(Domain Size)可以到達 5μm，但是在 0.15M 草酸中 Domain Size 下降到 0.7μm左右。

2.2.4 陽極氧化處理的溫度

只改變溫度範圍在 5 ~60℃ ℃已經有研究團隊發表過^[18]，並且觀察 到最佳的孔洞排列是在 5℃。陽極氧化鋁孔洞的成長率隨著溫度的下 降而下降，由此結果可以看出規則排列的孔洞陣列，並不僅僅是由成 長時間來控制。事實上電流密度才是影響規則氧化鋁孔洞的最重要參 數^[19]，在穩定階段最適當的電流密度大約是 3~5mA/cm²，研究指出 高溫、施加的電壓、電解液濃度會影響電流密度，所以會有一個最佳 參數可以成長出規則的陽極氧化鋁孔洞。有一方法可以得到大範圍且 規則排列的陽極氧化鋁孔洞陣列，氧化處理之前將鋁片在 500℃下持 續數個小時的回火處理，會減少存在鋁片中的應力，只要應力減少就 越容易得到大範圍且規則排列的孔洞^[20]。

圖2-2-3 不同草酸濃度所看到的陽極氧化鋁SEM圖以及FET圖^[17]