Физика/2. Физика твердого тела

Скубо В.В., Федин И.В.

Научный руководитель Чистоедова И.А., к.т.н.

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Россия, г. Томск

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОК ОКСИДА ТАНТАЛА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ

В последние десятилетия стремительно развиваются исследования в области физики наноразмерных структур. Одним из наиболее доступных методов модификации наноматериалов является наноструктуирование, то есть создание на поверхности материала или в его объеме наноразмерных структур: слоев, пор и т.п. Эффективным и технологически простым методом синтеза наноструктурированных материалов с периодическим расположением нанопор на макроскопических поверхностях является процесс анодирования. Наиболее подходящим материалом для создания нанопористых оксидных слоев является тантал. Тонкие пленки оксида тантала перспективны для применения во многих областях.

Методика эксперимента

В качестве экспериментальных образцов использовались группы стеклянных подложек с нанесенными на них покрытиями из тантала.

На рис. 1 представлена схема экспериментальной установки для анодирования тантала.

Рисунок 1 – Экспериментальная установка

Анодное окисление двух групп образцов проводилось в водном электролите, содержащем 1% - ый раствор лимонной кислоты при следующих различных режимах (контролировался ток, напряжение и время окисления):

- анодирование 1-го образца с толщиной тантала 0,7 мкм проводилось при постоянном токе 3 мА и при изменении напряжения от 0 В до 140 В. Время анодирования составило около 8 минут;

- анодирование 2-го образца с толщиной тантала 0,55 мкм проводилось при постоянном токе 4 мА и при изменении напряжения от 0 В до 152 В. Время анодирования составило около 16 минут.

Для исследования структуры наноразмерных пленок оксида тантала, полученных методом электролитического анодирования, использовался электронный микроскоп Zeiss Supra 55 с блоком для электронно-лучевого экспонирования Raith 150^two.

Обсуждение результатов

В ходе работы были получены изображения микроструктуры полученных анодированием наноразмерных пленок оксида тантала.

На рис. 2 представлены изображения структуры анодированных пленок тантала, полученных при различных технологических режимах.

Из рис. 2 видно, что толщина окисной пленки и скорость окисления анодированных образцов в течение 8 и 16 минут меняется в диапазоне 52-184 нм и 3-23 нм/мин соответственно.

На рис. 3 представлено изображение поверхности плёнки Та_xО_y, анодированной в течение 16 минут. Как следует из рис.3, микроструктура поверхности окисной плёнки содержит поры.

а

б

Рисунок 2 - Изображение поперечного скола образцов, анодированных при различных режимах: а - при I = 3 мА; U= (0÷152 В) в течение 16 минут (увеличение 50000х), б - при I = 4 мА; U= (0÷140 В) в течение 8 минут (увеличение 20000х)

Рисунок 3 - Изображение поверхности плёнки Та_xО_y (увеличение 39500х)

Результаты электронной микроскопии показали, что толщина пористого оксида тантала зависит от размера пор, расстояния между ними и упорядочения, причем все эти параметры можно варьировать, подбирая условия анодирования.