第二章 文獻回顧
2.5 陽極氧化鋁的運用
許多的研究使用陽極氧化鋁當作製程中的光罩(Mask)或是模版 (Template)，來製造一些奈米結構元件。諸如量子點陣列、磁性記憶 體陣列、high-aspect-ratio 微機電系統、光子晶體、生醫檢測等運用。
2.5.1 AAO 於光子晶體上之運用
光子晶體(photonic crystal)是由不同介電常數的材料週期性排列所 成的結構，由於陽極氧化鋁具有規則的孔洞陣列，這個得天獨厚的特 特性，由穿透光譜(transmission spectrum)可以觀察到有一個 stop band 存在，而且光譜中的 stop band 與 2D 光子晶體的 band gap 相同[33、34、
35]。
2.5.2 奈米點(Nanodots)
陽極氧化鋁孔洞陣列相當適合拿來當作 Mask 運用，可以製作出金 屬奈米點陣列，而且奈米點的間距、大小、密度可以輕易的藉由改變 AAO 的結構來達到要求，一般利用 AAO 製作奈米點的方法有兩種，
包括最常看到的薄膜沉積技術(film deposition techniques)，使用的鍍 膜儀器為 sputtering、e-beam evaporation、thermal evaporation、
molecular-beam epitaxy 等[36、37]，以及對位於 Al/metal/substrate 上的金 屬層直接使用 electrochemical anodization 技術[38]，使用以上兩種方法 可以製作出任何形式的奈米點陣列。
另外也有韓國研究團隊[39]利用 Pulsed Laser Deposition(PLD)技術來 沉積 Ag、Ni、ZnO、Er-doped Si (Si:Er)奈米點，使用 PLD 技術最大 的優點便是它可以精準的控制 multilayer growth，ZnO[40]、Er-doped Si (Si:Er)[41]近幾年被廣泛的研究，是因為他們可以運用在一些光電元件 之上。
2.5.3 奈米線(Nanowires)/奈米碳管(Nanotubes)
AAO 特殊的結構以及對於熱、化學反應的穩定性，非常適合拿來 當作製造奈米線、奈米碳管的模板(template)，Meng 等人[42]發表了ㄧ 篇文獻利用 electrochemically deposition 方法製作出 Ni 奈米線，最後 模板的表面以 selectively etching 方式移除，如圖 2-5-3 所示。
亦可以利用 electrodeposited 將金屬與合金填入孔洞之中，最後形成 混成的奈米線陣列[43]。另外 Sol-gel 也是可以拿來製造奈米線，陽極 氧化鋁中的通道可以填入 aqueous solution，藉由改變不同的 aqueous solution 可以得到想要的 metal oxide nanowires [44]。
奈米碳管非常適合當作 field emitter tip，因為奈米碳管具有極佳的 導電性與高深寬比(aspect ratio)，最重要的便是他在 field emission 期 間所具備的高度化學與物理穩定性，近十年來有相當多的研究在這個 議題之上，Li 等人將催化劑 Co 以 electrodeposition 方式沈積到陽極 氧化鋁孔洞的底部，之後再利用 chemical vapor deposition(CVD)藉由
(a) (b)
(c) (d)
圖2-5-3 (a) AAO template (b)利用electrondeposition成長Ni nanowire (c) 移除 Au layer (d)將試片翻轉利用NaOH蝕刻表面，得到規則排列的Ni nanowire[42]。
通入 C2H2來成長奈米碳管[45]，然而碳管與基板間的附著性相當的差 (weak adhesion)，以及不容易控制奈米碳管生長的方向，AAO 所具有 規則排列的通道剛好可以與之搭配，既可以控制奈米碳管的長度也可 以控制其間距[46]。
2.5.4 奈米環(Nanorings)[47]
目前奈米環(nanorings)的研究引起廣泛的注意，他們擁有許多的特 性，例如 persistent currents in metallic、superconducting rings、tunable optical resonance in metal rings、novel magnetooptical behavior in
semiconductor rings 等，Hobbs 等人利用陽極氧化鋁製作出 Au、Ni、
Si 奈米環，此外利用 AAO 製作奈米環擁有兩項特點，首先製作出來 的奈米環是可以 scalable and parallel，並且可以大規模的生產出規則 排列的奈米環，另外一個重要的特點是可以製作出高深寬比(high aspect ratio)的奈米環。他們製作奈米環的方法主要分為兩種:方法一 係利用穿孔的陽極氧化鋁當作 mask 貼在 SiO2layer 之上，之後以 ion etching 打 sample 會造成 redeposition 效應在孔璧之上，而奈米環的材 料則視 AAO 底部所沈積的材料而定，最後移除 AAO 就可以得到奈
Method I
Method II
圖2-5-4 Method I流程圖(a)AAO貼在SiO2之上 (b)Ion etching步驟 (c)移除AAO之 後看到的奈米環; Method II流程圖(d)利用AAO當作evaporation mask製作出金屬 奈米點 (e) Ion etching步驟 (f)移除AAO之後看到的奈米環[47]。
米環，見圖 2-5-4(a)~(c)。方法二係利用 AAO 當作 evaporation shadow mask，先製作出奈米點，接下來便拿去進行 ion etching，在 etching 步驟之後只會剩下孔璧上在第一步驟蒸鍍的材料，最後一樣移除 AAO 之後便可以看的殘留的奈米環，見圖 2-5-4(d)~(f)。
2.5.5 其他運用[48]
AAO 也可以拿來運用在奈米儲存技術之上，主要分成以下三類:將 硬碟儲存點下縮至奈米等級、發展新的探針式紀錄方式(probe-based recording)、採用 prepatterned media magnetic recording。還有另外一項 是在生醫檢測方面的運用，近年來能夠提供讓蛋白質(Protein)、抗體 (Antibody)、DNA 反應之具有高密度功能性之分子陣列，廣泛的引起 注意，AAO 的奈米孔洞陣列因其可以增加 pattern 之密度，減少分析 所需之時間並能改善訊號準確度，所以有很大的潛力被運用在生物分 子奈米元件之上。