Электрохимическое оксидирование
Анодирование можно проводить, поддерживая постоянным анодный ток – это гальваностатический режим (galvanostatic mode), или напряжение на аноде – это
потенциостатический режим (controlled potential mode), а также комбинируя эти два режима.
В любом случае, если скорость растворения образующейся оксидной пленки мала, то ее толщина согласно закону Фарадея прямопропорциональна количеству прошедшего через анод электричества.
Электрохимическое оксидирование
Для гальваностатического анодирования плотность тока обычно выбирают в середине участка 2 анодной поляризационной кривой, которая составляет 0,3 – 3 мА/см2 и поддерживается постоянной. Скорость роста анодной пленки линейно зависит от плотности анодного тока. Толщина пленки прямо пропорциональна продолжительности анодирования.
Электрохимическое оксидирование
С ростом толщины пленки поддержание постоянным анодного тока требует соответствующего повышения питающего напряжения. На постоянном токе эта возможность ограничивается потенциалом начала транспассивации (Vt), при превышении которого происходит
электрический пробой растущей оксидной пленки и другие необратимые изменения ее свойств, вследствие воздействия на нее сильного электрического поля. Напряжение для потенциостатического анодирования – напряжение формовки, выбирают на 15 – 30% меньше напряжения начала транспассивации Vt. В начальный
момент подачи напряжения на анод анодный ток максимален и ограничивается лишь сопротивлением внешних элементов питающей цепи. Он экспоненциально уменьшается по мере увеличения времени анодирования и стабилизируется на уровне остаточного тока (Ir). Аналогично
изменяется и скорость роста оксидной анодной пленки.
Электрохимическое оксидирование
Выделяют две основные группы электролитов оксидирования. В первую группу входят слабые электролиты (растворы борной и разбавленной лимонной кислот, бикарбонатов, нитратов и фосфатов). В них образуются плотные оксидные пленки так называемого барьерного типа. Толщина этих пленок не превышает 500 нм. Ко второй группе относят электролиты, слабо растворяющие оксид. Их готовят на основе серной,
фосфорной, хромовой, щавелевой, сульфосалициловой и других сильных кислот, а также из сульфатов и концентрированных растворов лимонной и винной кислот. Формируемые в этих электролитах оксидные пленки имеют двухслойную структуру. Тонкий, прилегающий к материалу анода слой образован плотным оксидом барьерного типа, а наружный более толстый слой имеет пористую или трубчатую структуру. Его толщина может достигать сотен микрометров.
Электрохимическое оксидирование
Электрохимическое окисление металлов происходит за счет дрейфа ионов металла и кислорода через растущий оксидный слой к внутренней и внешней границам оксида и образования оксидов на этих границах. Детальное количественное описание этих процессов осложняется наличием границ металл/оксид и оксид/электролит, гетерогенным строением оксидной пленки, а также возможностью протекания побочных реакций, связанных с разрядом иона кислорода и растворением образовавшейся оксидной плёнки.
Электрохимическое оксидирование
Процессы, протекающие при оксидировании полупроводников во многом схожи с теми, что имеют место для металлов. Главное отличие состоит в том, что атомы полупроводника слабее ионизируются и менее подвижны в растущем оксиде, чем атомы металлов. Вследствие этого образование новых порций оксидов идет преимущественно на границе полупроводник/оксид, за счет дрейфа к ней ионов кислорода. Основной целью оксидирования полупроводников является получение тонких (не более 0,5 мкм) диэлектрических слоёв с удельным сопротивлением 1012-1016 Ом•см и малым встроенным зарядом.
Электрохимическое оксидирование
Матрицы из пористого анодного оксида алюминия (Al2O3)
используются в качестве трафарета при изготовлении эмиссионных нанокатодов, массивов наноточек из золота и других металлов. Нанопористые и нанотрубчатые структуры из TiO2, WOx, являющихся широкозонными
полупроводниками, активно осваиваются для фотоэлектрических и фотокаталитических применений.
Главными достоинствами метода электрохимического оксидирования являются: простота, экономичность, низкая температура обработки (чаще всего комнатная), пригодность для обработки изделий любой сложности (формы), равномерность формируемых оксидных пленок по толщине на изделиях большой площади. Недостатки: необходимость использования токсичных, экологически небезопасных электролитов.