專利名稱：利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到在半絕緣的GaAs襯底上蒸鍍鋁膜一種陽極氧化方法。更確切的說是利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法。
背景技術(shù)：
低維結(jié)構(gòu)材料具有量子尺寸效應(yīng)、量子隧穿和庫侖阻塞效應(yīng)以及非線性光學(xué)效應(yīng)等特性，是新一代固態(tài)量子器件的基礎(chǔ)，在未來的納米電子學(xué)、光子學(xué)和新一代超大規(guī)模集成電路方面有重要的應(yīng)用前景。而且隨著維度的進(jìn)一步降低，從理論上講一維量子線和零維量子點(diǎn)材料的性能比量子阱材料更具有優(yōu)越性，所以引起了人們更大的關(guān)注。
高質(zhì)量的GaAs基量子點(diǎn)材料的制備是量子點(diǎn)器件和集成電路應(yīng)用的基礎(chǔ)，如何實(shí)現(xiàn)GaAs基量子點(diǎn)材料的形狀、尺寸、密度和空間分布的控制，一直是材料學(xué)家追求和關(guān)注的熱點(diǎn)。在圖形襯底上自組織外延生長量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以有效的控制量子點(diǎn)的尺寸和位置。上世紀(jì)90年代，人們利用Stranski-Krastanow(SK)生長模式發(fā)展了應(yīng)變自組裝法制備量子點(diǎn)的新技術(shù)，即所謂的自下而上的制備技術(shù)。SK生長模式是異質(zhì)外延的一種模式，適用于晶格失配較大，但應(yīng)變外延層和襯底的界面能不是很大的異質(zhì)材料體系。方法簡單，而且不會引入雜質(zhì)污染或形成自由表面缺陷，因此是目前制備量子點(diǎn)材料最常用、最有效的方法。但由于量子點(diǎn)在浸潤層上的成核是無序的，故其尺寸、形狀、分布均勻性難以控制，量子點(diǎn)的定位生長更加困難。選擇具有周期性結(jié)構(gòu)的材料做模板對量子點(diǎn)和量子線的生長進(jìn)行定位，可以有望獲得有序的量子點(diǎn)材料。但是如高空間分辨率的電子束曝光和刻蝕等工藝技術(shù)以及覆蓋有SiO2圖形掩膜的GaAs襯底上定位生長GaAs基量子點(diǎn)和量子線，由于工藝技術(shù)復(fù)雜，費(fèi)用昂貴以及帶來雜質(zhì)污染導(dǎo)致器件的性能與理論值相差甚遠(yuǎn)。
近年來，鋁基多孔氧化鋁模板合成各種納米有序陣列結(jié)構(gòu)已成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一。在氧化鋁模板里，通過物理和化學(xué)方法，各種金屬納米線Ni(Te，Cu，和Fe)，合金B(yǎng)i2Te3納米線，半導(dǎo)體CdS(CdSe和CdTe)納米線，氧化物TiO2納米管被制得。但是多孔氧化鋁模板要轉(zhuǎn)移到襯底表面，需要復(fù)雜的工藝過程以及帶來污染，而且如果要獲得超薄的多孔氧化鋁模板，技術(shù)上很難達(dá)到要求，影響了襯底上納米結(jié)構(gòu)的制備。在半絕緣的GaAs上蒸鍍一層金屬鋁膜，通過原位陽極氧化鋁的方法制備有序的氧化鋁模板，可以滿足制備GaAs基有序量子結(jié)構(gòu)的要求。并且此方法操作簡單，不需要昂貴的工藝流程，避免污染，為制備有序的GaAs基納米結(jié)構(gòu)提供了一種掩模板。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其是在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的氧化鋁通孔模板，在半絕緣的GaAs襯底上蒸鍍一層金屬鋁膜陽極氧化，在半絕緣的GaAs襯底上獲得40-70納米的孔徑，孔間距為90-100納米的氧化鋁通孔模板。這種方法為制備均勻有序的GaAs基量子結(jié)構(gòu)材料提供了一種掩模板，實(shí)驗(yàn)具有很高的可控性和重復(fù)性。
本發(fā)明的技術(shù)方案1、一種利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，包含下列步驟1)取一襯底；2)在襯底上蒸鍍金屬鋁膜；
3)將蒸鍍有金屬鋁膜的襯底固定在陽極氧化浴槽裝置中；4)蒸鍍有金屬鋁膜的襯底在陽極氧化浴槽中的電解液中陽極氧化；5)再將氧化后的襯底放入磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔，形成有序的陽極氧化鋁通孔模板。
其中所述的襯底是半絕緣的GaAs襯底。
其中所述的金屬鋁膜的厚度為700-900納米。
其中所述的電解液均采用0.3-0.5mol/L草酸，固定電壓為30-50V的直流電源，溫度控制在2-10℃。
其中所述的將氧化分為三步，包括第一次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第二次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第三次陽極氧化。
其中所述的第一、二、三次陽極氧化的時(shí)間均為2-4分鐘。
其中所述的第一、二次陽極氧化后在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕去掉氧化層的時(shí)間為2-3.5小時(shí)，溫度為60℃。
其中所述的在磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔的時(shí)間為30-60分鐘，溫度為30℃，磷酸溶液的濃度為4-6wt％。
本發(fā)明一種陽極氧化浴槽，其特征在于，包括一電解槽，該電解槽的側(cè)壁上開有一圓孔；一固定環(huán)，該固定環(huán)固定在電解槽上的圓孔外側(cè)壁上；一活動環(huán)，該活動環(huán)利用螺絲與固定環(huán)連接，該固定環(huán)與活動環(huán)之間放有一墊圈與一樣品；一電源，該電源的陰極連接一電極，該電極置于電解槽中，該電源的陽極連接樣品。
其中該電源的陽極通過焊接一個銦電極連接樣品。
具有的意義本發(fā)明在半絕緣GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板，這是不同于直接利用金屬鋁箔陽極氧化技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn)直接在半絕緣的GaAs襯底蒸鍍金屬鋁膜原位陽極氧化，克服了把鋁基氧化鋁模板轉(zhuǎn)移到半絕緣的GaAs襯底帶來的污染以及技術(shù)上的困難。
直接在半絕緣的GaAs襯底原位制備氧化鋁通孔模板，通過改變陽極氧化的條件，可以調(diào)節(jié)氧化鋁納米孔的孔徑、密度以及孔間距。
直接在半絕緣的GaAs襯底蒸鍍金屬鋁膜原位陽極氧化，工藝工程更簡單，這種簡單的方法為制備GaAs基量子結(jié)構(gòu)提供了一種掩模板。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是本發(fā)明陽極氧化浴槽的結(jié)構(gòu)示意圖；其是用于在半絕緣的GaAs襯底原位陽極氧化的裝置；圖2是半絕緣的GaAs襯底原位制備陽極氧化鋁通孔模板的掃描電鏡平面圖；圖3是半絕緣的GaAs襯底原位制備陽極氧化鋁通孔模板的掃描電鏡截面圖。
具體實(shí)施例方式
一種利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，包含下列步驟1)取一襯底，該襯底是半絕緣的GaAs襯底；2)在襯底上蒸鍍金屬鋁膜，該金屬鋁膜的厚度為700-900納米；
3)將蒸鍍有金屬鋁膜的襯底固定在陽極氧化浴槽裝置中；4)蒸鍍有金屬鋁膜的襯底在陽極氧化浴槽中的電解液中陽極氧化，該電解液均采用0.3-0.5mol/L草酸，固定電壓為30-50V的直流電源，溫度控制在2-10℃，陽極氧化分為三步，包括第一次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第二次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第三次陽極氧化，第一、二、三次陽極氧化的時(shí)間均為2-4分鐘，第一、二次陽極氧化后在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕去掉氧化層的時(shí)間為2-3.5小時(shí)，溫度為60℃；5)再將氧化后的襯底放入磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔，形成有序的陽極氧化鋁通孔模板(參閱圖2及圖3)，所述的在磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔的時(shí)間為30-60分鐘，溫度為30℃，磷酸溶液的濃度為4-6wt％。
請參閱圖1所示，本發(fā)明一種陽極氧化浴槽，其特征在于，包括一電解槽1，該電解槽1的側(cè)壁上開有一圓孔11；一固定環(huán)4，該固定環(huán)4固定在電解槽1上的圓孔11外側(cè)壁上；
一活動環(huán)5，該活動環(huán)5利用螺絲3與固定環(huán)4連接，該固定環(huán)4與活動環(huán)5之間放有一墊圈7與一樣品2；一電源8，該電源8的陰極連接一電極6，該電極6置于電解槽1中，該電源8的陽極連接樣品2。
其中該電源8的陽極通過焊接一個銦電極連接樣品2。
實(shí)施例1、本發(fā)明的核心思想是在半絕緣的GaAs襯底上蒸鍍鋁原位陽極氧化，采用三步陽極氧化的方法，通過改善表面的平整度，在GaAs襯底上來獲得均勻有序的氧化鋁模板。
2、圖1是本發(fā)明陽極氧化浴槽的結(jié)構(gòu)示意圖；其是用于在半絕緣的GaAs襯底原位陽極氧化的裝置；半絕緣的GaAs襯底原位陽極氧化鋁裝置的設(shè)計(jì)該陽極氧化裝置用于在半絕緣的GaAs襯底上原位陽極氧化形成有序的通孔模板，設(shè)計(jì)了一玻璃電解槽1，該電解槽1的側(cè)壁上開有一圓孔11；一固定環(huán)4，該固定環(huán)4固定在電解槽1上的圓孔11外側(cè)壁上；一活動環(huán)5，該活動環(huán)5利用螺絲3與固定環(huán)4連接，該固定環(huán)4與活動環(huán)5之間放有一墊圈7與一樣品2；一電源8，該電源8的陰極連接一鉑電極6，該電極6固定于電解槽1中，該電源8的陽極連接樣品2。把樣品固定在活動環(huán)和固定環(huán)之間，目的是使電解液僅僅與樣品接觸，而不影響半絕緣的GaAs襯底。該裝置把電源的陽極直接與樣品(半絕緣的GaAs襯底上鋁膜上銦電極)接觸，電源陰極接鉑電極固定在電解液中，導(dǎo)電性能很好。同時(shí)避免了電源的陽極接在GaAs襯底背面而使導(dǎo)電性能不佳，從而影響掩模板的有序性和均勻性。
權(quán)利要求
1.一種利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，包含下列步驟1)取一襯底；2)在襯底上蒸鍍金屬鋁膜；3)將蒸鍍有金屬鋁膜的襯底固定在陽極氧化浴槽裝置中；4)蒸鍍有金屬鋁膜的襯底在陽極氧化浴槽中的電解液中陽極氧化；5)再將氧化后的襯底放入磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔，形成有序的陽極氧化鋁通孔模板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的襯底是半絕緣的GaAs襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的金屬鋁膜的厚度為700-900納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的電解液均采0.3-0.5mol/L草酸，固定電壓為30-50V的直流電源，溫度控制在2-10℃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的陽極氧化分為三步，包括第一次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第二次陽極氧化，在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕，去掉氧化層、第三次陽極氧化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的第一、二、三次陽極氧化的時(shí)間均為2-4分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的第一、二次陽極氧化后在1.8wt％鉻酸和6wt％磷酸混合溶液中腐蝕去掉氧化層的時(shí)間為2-3.5小時(shí)，溫度為60℃。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在半絕緣的GaAs襯底上原位制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，其中所述的在磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔的時(shí)間為30-60分鐘，溫度為30℃，磷酸溶液的濃度為4-6wt％。
9.一種陽極氧化浴槽，其特征在于，包括一電解槽，該電解槽的側(cè)壁上開有一圓孔；一固定環(huán)，該固定環(huán)固定在電解槽上的圓孔外側(cè)壁上；一活動環(huán)，該活動環(huán)利用螺絲與固定環(huán)連接，該固定環(huán)與活動環(huán)之間放有一墊圈與一樣品；一電源，該電源的陰極連接一電極，該電極置于電解槽中，該電源的陽極連接樣品。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陽極氧化浴槽，其特征在于，其中該電源的陽極通過焊接一個銦電極連接樣品。
全文摘要
一種利用陽極氧化浴槽制備有序的陽極氧化鋁通孔模板的方法，其特征在于，包含下列步驟1)取一襯底；2)在襯底上蒸鍍金屬鋁膜；3)將蒸鍍有金屬鋁膜的襯底固定在陽極氧化浴槽裝置中；4)蒸鍍有金屬鋁膜的襯底在陽極氧化浴槽中的電解液中陽極氧化；5)再將氧化后的襯底放入磷酸溶液中腐蝕、擴(kuò)孔，形成有序的陽極氧化鋁通孔模板。
文檔編號C25D11/04GK101037783SQ200610057490
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者周慧英, 曲勝春, 徐波, 張春林, 王占國 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所