УДК 621.9.047.7
ГАВРИЛОВ С.А.,
БЕЛОВ А.Н., КРАВЧЕНКО Д.А.
ЖЕЛЕЗНЯКОВА А.В., ХЛЫНОВ А.В.

СИНТЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОНИТЕЙ
ЭЛЕКТРОХИМИЕСКИМ ОСАЖДЕНИЕМ В РЕЖИМЕ
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Московский институт электронной техники (Технический
университет)
124498, Россия, Москва-Зеленоград, проезд 4806 д.5

1.Введение
Разработка технологических методов создания наноматериалов
представляет одну из главных задач в процессе перехода от микро- к
наноэлектронике. Электрохимическое осаждение материалов пористые
матрицы достаточно широко применяется для формирования подобных
структур. Среди множества пористых материалов пористый анодный
оксид алюминия (ПАОА) является наиболее перспективной матрицей, как
представляющей собой естественную наноструктурированную матрицу,
состоящую из гексагональных оксидных ячеек, по центру которых
проходит полый канал, так называемая пора (рис.1).

Рис.1.ПАОА, сформированный в щавелевой кислоте.
Известны различные варианты заполнения ПАОА металлами,
сложными полупроводниковыми и органическими соединениями [1,2].
Однако, наличие барьерного оксида в донной части пор препятствует
качественному электрохимическому заполнению каналов. Для решения
этой проблемы обычно проводят удаление барьерного слоя, наносят
металлический электрод на одну из сторон мембраны и осаждают
материал в режиме постоянного тока. Этот метод достаточно трудоемок, а

полученные структуры характеризуются низкими прочностными
свойствами и оказываются непригодными для проведения последующих
термических и других операций. В настоящей работе предложен метод
осаждения в режиме импульсной подачи потенциала, который позволяет
проводить электрохимический процесс без необходимости удаления
барьерного оксида. В результате появляется возможность сохранить
армирующую алюминиевую подложку, обеспечивающую механическую
прочность.
2.Эксперимент
Пористый оксид формировали анодным окислением алюминиевой
подложки толщиной 100 мкм. В качестве электролита использовали 4 %
водный раствор щавелевой кислоты. Процесс проводили при комнатной
температуре и атмосферном давлении в течении 1 часа, при постоянной
плотности тока 10 мА/см2. Для уменьшения толщины барьерного оксида и
обеспечения однородности осаждения плотность тока дискретно снижали
до 5, 2,5, 1,2, 0,6, и 0,3 мА/см2. Наблюдаемое уменьшение потенциала
электрохимической реакции от 42 до 4 В, свидетельствовало об
уменьшении толщины барьерного слоя от 45 до 4 нм.

Рис. 2. Схема протекания процесса
Электрохимическое осаждение цинка, меди и индия проводили в
режиме переменного тока с асимметричным сигналом. На подложку
попеременно подавали сигналы: анодный - +5 В, длительностью 7 мс и
катодный - -10 В, длительностью 0,5 мс. Осаждение проводили до
появления на поверхности оксида тонкой металлической пленки, которая в
дальнейшем
беспрепятственно
удалялась
мягким
полирующим
материалом.
Результаты и их обсуждение.
На рис. 3 представлены микрофотографии матрицы анодного оксида с
осажденными на переменном токе металлами. Как видно из снимков
металл полностью заполняет поры.


Рис. 3. СЭМ изображение поперечного скола анодного оксида с
осажденным металлом.
Качественное заполнение оксидной матрицы, которую можно
представить как параллельно соединенные конденсаторы переменной
емкости, оказалось возможным лишь при коротком (0,5 мс) катодном (-10
В) импульсе с последующей подачей длительного (7 мс) анодного (+5 В)
импульса. При подаче катодного сигнала скорость осаждения на дно поры
и поверхность пористого оксида определяется толщиной соответсвующих
емкостей. В результате скорость поверхностного осаждения оказыватся
выше, чем в донную часть. Для растворения слоя металла,
препятствующего дальнейшему заполнению пор, подавали анодный
импульс меньшей амплитуды. При этом металл, восстановившийся на
поверхности растворялся без заметного удаления осадка в донной части
поры. Длительность анодного импульса выбирали таким образом, чтобы
концентрация катионов металла могла восстановиться до равновесной
посредством диффузии из объема раствора.. Кроме того подача анодного
импульса обеспечивала разряжение емкости барьерного оксида и
предотвращаля электрический пробой, который приводит к отслаиванию
оксида от подложки.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 02-03-
32223), Министерства науки и образования РФ (грант Т02-02.1-2813) и
гранта Президента РФ ( МД-4353.2004.8).
1. F. Schth, Non-siliceous Mesostructured and Mesoporous Materials // Chem.
Mater. 2001, 13, 3184-3195
2. Днепровский В.С., Гаврилов С.А., Жуков Е.А., Шалыгина О.А.,
Лясковский В.Л., Муляров Е.А., Масумото И. Экситоны в
полупроводниковых квантовых нитях CdS и CdSe с диэлектрическими
барьерами // ЖЭТФ. - 2002. - Т. 121. - С. 1362.

Document Outline