多孔性阳极氧化的氧化铝膜的制备方法

专利名称：多孔性阳极氧化的氧化铝膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，该氧化铝膜中，具有预定形状的细孔按预定的间隔排列。
背景技术：
多孔性阳极氧化的氧化铝膜以往都是作为一种细孔尺寸均匀的多孔性材料而为人所知。该多孔性阳极氧化的氧化铝膜是通过在酸性电解液中对铝进行阳极氧化而在铝表面形成的一种多孔性氧化铝膜。作为一个突出特征，细孔间排列整齐且与膜表面垂直，而且，细孔尺寸的均匀性是相当令人满意的。鉴于此，该多孔性阳极氧化的氧化铝膜不仅有望作为一种以过滤器为代表的功能材料，而且也有望作为制备各种纳米器件的起始结构。
这种多孔性材料的工业应用范围在相当大的程度上受到多孔结构(细孔形状和排列)的规则程度的影响。在这一点上，由传统技术制备的多孔性阳极氧化的氧化铝膜不具备令人满意的规则性。更具体而言，由传统技术制备的多孔性阳极氧化的氧化铝膜不具有与膜表面垂直的独立的细孔。此外，相邻细孔间的间隔并非固定不变，而且细孔也非圆形。结果，细孔尺寸的分布范围很宽。
未能获得与膜表面垂直的、平直且独立的细孔归因于下面的多孔性阳极氧化的氧化铝膜多孔性结构的形成机理。阳级氧化一开始，细孔的形成是没有规律的，其中的一些细孔优先长大而形成多孔性结构。出于这一原因，在阳极氧化的初期，多孔性结构不具规则性，而且细孔是弯曲的。

发明内容
传统上，已提出二阶段阳极氧化法来作为一种解决该问题的方法(日本应用物理杂志，第35卷，第二部分，第1B号，L126-L129页，1996年1月15日出版)。在预定时间内阳极氧化所形成的氧化物膜暂时被选择性溶解和去掉，然后，在同样条件下再进行阳极氧化，从而就制备出具有与膜表面垂直的且独立平直的细孔的氧化物膜。该方法利用的是这样的事实，即去掉第一次阳极氧化所形成的阳极氧化膜时，会在铝表面形成凹坑。这些凹坑就作为第二次阳极氧化处理的起始点。
采用这种方法，每个孔的垂直性、平直性和独立性都得以改进，尽管细孔的排列预先就受到干扰。鉴于此，细孔间隔不是固定不变，每个孔的正圆度也不充分。
本发明的一个目的是提供一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，该方法解决上述传统方法所制备的多孔性阳极氧化膜中存在的问题，即细孔排列的规则性低，以及不令人满意的细孔正圆度和细孔尺寸分布。这样，细孔不仅以预定间隔规则排列，而且细孔正圆度和尺寸均匀性都得到改进。
对于本发明，为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，包括预先在待阳极氧化的铝板光滑表面上形成许多凹坑(凹陷部分)，这些凹坑与阳极氧化时要制备的氧化铝膜中细孔有着相同的间隔和排列，然后，对铝板进行阳极氧化处理，这样就得到一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中，预定形状的细孔按照与前述凹坑的间隔和排列相同的方式规则分布。
本发明中，凹坑预先在待阳极氧化的铝板表面人工形成，并与阳极氧化时要形成的细孔具有同样的间隔。按照这种安排，凹坑作为阳极氧化的起始点。细孔在与凹坑相应的位置形成，这样就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中，并非弯曲的细孔按照凹坑的排列方式等距排列。为形成平直性、垂直性和独立性均更令人满意、且排列更规则的细孔，待阳极氧化的铝板表面优选具有高的光滑度。结果，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中的细孔具有高的垂直性、平直性和独立性，而且在膜厚方向上孔的纵横比很大。也形成一种结构，其中，每个孔周围的各孔均按预定间隔，排列成整齐的正六边形形式。
本发明中，铝板包括所有铝系成员，只要其有着光滑的待阳极氧化的表面，即不仅包括整体铝材，而且也包括在由另一种材料如硅组成的基板上形成的铝膜。
本发明中，为使凹坑在铝板表面形成并且按预定间隔排列，采用比如照相平板印刷术或电子束平板印刷术，可以在铝板表面形成光致抗蚀剂图形，然后，可对铝板进行腐蚀。然而，尤其要制备细孔间隔很小约0.1μm的多孔性阳极氧化的氧化铝膜时，必须使用采用电子束平板印刷术或x光平板印刷术的高分辨微细图形加工技术，才能在铝板表面人工地和规则地形成细小的凹坑。每次制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜时都要使用这样的微细图形加工技术是不经济的。
按照本发明的第二个方面，提供了一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，包括用一个含有许多与凹坑相对应的凸点的基板压住待阳极氧化的铝板表面，以在铝板表面上形成和阳极氧化时要形成的细孔有着同样的间隔和排列的凹坑。然后，对铝板进行阳极氧化处理。这样，就制备出含有按预定间隔整齐排列细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
本发明中，用带有凸点的基板紧压住铝板的方法，其实现过程可为将带有凸点的基板与铝板紧贴在一起，然后，再用液压机或类似设备施加压力。
基板上形成的凸点排列方式(图形)与阳极氧化时要得到的多孔性阳极氧化的氧化铝膜中细孔的排列是相对应的，它不仅可采用正六边形的周期性排列，而且也可采用周期性排列中有部分缺省的任意图形。
含有凸点的基板优选不仅要有镜子般表面，而且强度和硬度足够高，以免压力作用下，凸点受到破坏或凸点的排列被改变。出于这种考虑，可以使用的基板比如是易于进行微细图形加工的通用硅基板以及铝或钽的金属基板，更优选的是一种由高强度的金刚石或碳化硅组成的基板，因为这种基板能够重复使用。
当一个含有凸点的基板形成后，它可以被重复使用，而且能在许多铝板上有效形成一种规则的凸坑排列。这样，就能在低成本条件下，制备出多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
阳极氧化时形成的细孔间隔与阳极氧化的电压成正比，已知比例常数约为2.5nm/V。阳极氧化所得到的排列整齐的多孔性阳极氧化的氧化铝膜上的细孔，倾向最终形成一种六方密堆排列，这时细孔间隔取决于阳极氧化电压。因此，当按与细孔间隔相同的间隔形成凹坑时，就得到令人满意的规则性。
按照本发明的第三个方面，提供了一种制造多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于它包括在铝板表面形成许多凹坑，这样，每个凹坑周围的各凹坑以规则的正六边形排列，然后，在一定阳极氧化电压下进行阳极氧化处理，将凹坑间隔值除以2.5nm/V，即是所加的阳极氧化电压。
至于阳极氧化使用的电解液，可以是一种有溶解氧化铝作用的溶液。除草酸以外，一种酸溶液如硫酸或一种草酸和硫酸的混合液或磷酸也可使用。
按照本发明的第四个方面，提供一种方法，其特征包括当采用草酸电解液阳极氧化处理时，进行阳极氧化的阳极氧化电压范围为35-45V。
按照本发明的第五个方面，提供一种方法，其特征包括当使用硫酸电解液时，进行阳极氧化处理的阳极氧化电压范围为23-28V。
采用这种安排，能够制备出一种含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，所述的细孔有着令人满意的正圆度，并且按一种令人满意的密集六边形排列方式分布，此外，细孔尺寸的均匀性也得以改善。这样就改善了以各种过滤器为代表的多孔性材料的功能，从而增加了这些材料的应用范围。
当使用草酸与硫酸的混合电解液时，阳极氧化电压介于上述两种电压范围之间时，能够得到令人满意的结果。
按照本发明的第六个方面，提供了一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征包括制备一种含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，所述的细孔不仅具有预定的形状，而且与阳极氧化时所形成的凹坑有着相同的间隔和排列。然后，将多孔性阳极氧化的氧化铝膜与铝板分离，再将多孔性阳极氧化的氧化铝膜中屏蔽层(无细孔的层)去掉。
经过这一处理，就制备出一种含有通孔的氧化铝膜，它可作为一种以各种过滤器为代表的多孔性材料。[效果]按照本发明，依据权利要求中的步骤，可得到下列结果(1)预先在铝板表面人工形成许多凹坑(凹陷部分)，这些凹坑与阳极氧化时要形成的氧化铝膜中的细孔有着相同的间隔和排列。然后，进行阳极氧化处理，按照这一办法，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中，细孔按预定间隔规则排列，而且，细孔的正圆度和细孔尺寸均匀性都得到改善。
(2)通过改变铝板表面形成的凹坑图形，可以控制多孔性阳极氧化的氧化铝膜中的细孔的分布。
(3)通过将表面上有许多凸点的基板紧压住待阳极氧化的铝板表面，就在铝表面形成与阳极氧化时要制备的氧化铝膜上的细孔间隔和排列均相同的凹坑。鉴于此，用一块基板(母模图形)就能够在许多铝板上有效形成一种小的凹坑排列，从而，可在低成本条件下，制备出多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
(4)通过适当设置阳极氧化时的阳极氧化电压和酸性电解液的温度，能够制备出在细孔尺寸和细孔排列上质量更高的多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
(5)此外，可以制备出含有与细孔有着同样令人满意的正圆度和尺寸均匀性的通孔的氧化铝膜，这样，以各种过滤器为代表的多孔性材料的功能得以改善，从而增加了这些材料的应用范围。
附图的简要描述

图1是一个含有按正六边形排列的凹坑的铝板平面视图，该铝板用于本发明方法的第一个实施例。
图2是第一个实施例中，在铝板表面形成凹坑步骤的示意图。
图3是第一个实施例中，通过阳极氧化制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的示意图。
图4为第一个实施例中所制备的阳极氧化的氧化铝膜的平面视图。
图5是本发明的第二个实施例中，在铝板表面形成凹坑的步骤的示意图。
图6是本发明的第三个实施例中，基于压制图形加工法通过形成图形在铝板表面形成凹坑步骤的截面图。
图7是本发明的第四个实施例中，由多孔性阳极氧化的氧化铝膜制成通孔薄膜步骤的截面图。
图8是本发明的第五个实施例中，在铝膜上制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜步骤的截面图。
实施本发明的最佳模式[第一个实施例]图1是本发明第一个实施例中所用的铝板的平面视图。
许多细小的凹坑11预先形成于铝板10的表面上，这些凹坑11有着与阳极氧化时要形成的细孔相一致的间隔和排列。本实施例中，为使阳极氧化要形成的细孔规则程度最高，每个凹坑周围的各凹坑按正六边形排列。
至于铝板，使用的是高纯铝板，其纯度优选99.99％或更高。
铝板10的表面通过适当方法被研磨成镜面，这样，在形成凹坑前，铝板表面很光滑。更具体而言，可在适当电解液中，将铝板10作为阳极，对其进行电解抛光处理。作为这种抛光的一个实例，将高氯酸和乙醇按1∶4的比例进行混合，所制成的溶液被用来作为电解液，铝板10作为阳板，电解抛光约4分钟，这样就得到有着镜子般表面的铝板。
在本实施例中，通过腐蚀在铝板10上形成如图1所示的按相同间隔排列的许多凹坑11，下面参考如图2所示的横截面图对此过程进行描述。
首先，采用照相平板印刷术或电子束平板印刷术等上述方法，在有着镜面表面的铝板10上形成一个与阳极氧化要得到的细孔相一致的光致抗蚀剂图形20(图2(a))。
然后，用Br2饱和甲醇溶液进行腐蚀处理，以在铝板10表面形成与抗蚀剂图形20相一致的细孔11(图2(b))，不仅可以使用上述的湿法腐蚀，而且也可使用Ar等离子束这样的干法腐蚀。
去掉抗蚀剂图形20时，就制得了铝板10，在该铝板的表面上存在与阳极氧化时要形成的细孔相对应的凹坑11(图2(c))。
凹坑11在铝板10的表面形成之后，在一种酸电解液中对铝板10进行阳极氧化处理，从而制备出多孔性阳极氧化的氧化铝膜。其过程如下。
当存在如图1和图2(c)所示的细小凹坑11的铝板10在一种酸电解液如草酸中进行阳极氧化处理时，就在铝板10表面获得一层阳极氧化的氧化铝膜30，如图3(a)所示。该氧化铝膜30由一个无细孔的并与铝板基材接触的介电屏蔽薄层32，和一个与屏蔽层32接触、且在每个凹坑中心处有细孔31的多孔层33构成。这时，细孔31在预先得到的凹坑11处形成。
当阳极氧化继续进行时，阳极氧化的氧化铝膜30的多孔层33变厚，如图3(b)所示，相应地，多孔性阳极氧化的氧化铝膜上的细孔31变深。结果，具有良好垂直性和平直性的独立的细孔就在与铝板10表面上的凹坑11相对应的位置形成。
至于可用于本发明的电解液，不仅草酸，而且其它的酸性电解液，如硫酸、草酸和硫酸的混合液，或磷酸都可以使用，只要它是能溶解铝的氧化物的溶剂。
多孔性阳极氧化的氧化铝膜中细孔间的间隔正比于阳极氧化时的电压，即阳极氧化电压(阳极的氧化作用电压)，而且已知比例常数约为2.5nm/V。因此，当形成的凹坑11有着与阳极氧化时要得到的细孔相同的间隔和排列时，本发明的多孔性阳极氧化的氧化铝膜上的细孔就可以具有令人满意的规则性。
对于能够改进细孔间隔排列规则性的阳极氧化条件，采用草酸电解液时，电压范围为35-45V，采用硫酸电解液时，电压范围为23-28V，或着，采用草酸和硫酸的混合液时，电压范围介于上述两种电压范围之间，可以得到令人满意的结果。为获得令人满意的六方密堆排列，凹坑优选按照与上述电压相对应的细孔间隔形成。在这种情况下，就制备出细孔间隔约0.1μm的多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
图4为多孔性阳极氧化的氧化铝膜30的平面视图，该氧化膜上，有着按相同间隔排列，并由上述方法制成的细孔。在这一多孔性阳极氧化的氧化铝膜30中，细孔31构成令人满意六方密堆排列，这与预先在铝板10上按正六边形等间隔排列的凹坑对应一致。[第二个实施例]下面参照图5对本发明的第二个实施例进行描述。
本实施例中，为在铝板表面形成许多凹坑，掩膜的制备不是用照相平板印刷术，而是使用聚苯乙烯球，之后，进行腐蚀处理。
如同上述的第一个实施例，待阳极氧化的铝板50的表面按照与第一个实施例相同方法进行镜面研磨。将聚苯乙烯球52在铝板50的表面以二维形式压紧，以形成牢固接触的膜(图5(a))。
在使用牢固接触的聚苯乙烯球52作为掩膜时，比如SiO2可在适当压力下进行过量沉积，这样SiO2围绕所述的球形成一层SiO2掩膜，这一层掩膜具有与铝板50表面上的聚苯乙烯球52相对应的开孔(图5(b))。
当采用所得到的SiO2膜作为掩膜对铝板50进行腐蚀时，就得到一种有着周期性凹坑51的表面结构，如图5(c)所示。图5(c)是图5(b)沿A-A面的剖面图。
在凹坑形成之后，采用第一个实施例中所述的方法对铝板50进行阳极氧化。经过这一处理，就获得与图2中的第一个实施例相同的结果。
在本实施例中，聚苯乙烯球52的直径可在50nm和几个μm之间变化。通过改变该直径，凹坑51的周期就发生变化，这样细孔间隔也就得以改变。
本实施例中，为制备掩膜，沉积的是一层二氧化硅膜(SiO2)。然而，也可沉积一层氮化物膜。
此外，为形成凹坑51，干法腐蚀或湿法腐蚀都可以用。[第三个实施例]在上述的第一个实施例中，所制备的多孔性阳极氧化的氧化铝膜上，细孔间隔小至约0.1μm。为在铝表面人工且规则地形成如此细小的凹坑，需要一种高分辨微细图形加工技术。使用电子束平板印刷术或x光平板印刷术时，能够在铝板10上形成非常微细的凹坑11(图1)。然而，在每次制备多孔性阳极氧化的氧化铝时，都使用这种先进的加工技术是不经济的，这可能就限制了本发明中多孔性阳极氧化的氧化铝膜的应用。
对于按照第三个实施例制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法而言，它的一个突出特征是通过将表面上有许多凸点的基板紧压住铝板表面而在铝板表面上形成许多的凹坑，即采用模压方式将母模图形转移至铝板上。
下面参考图6对本实施例进行描述。
图6为使用基板60在铝板10表面上形成凹坑11的步骤的示意图，所述的基板60上存在规则形成的凸点(凸起部分)61。
如图6(a)所示，制备了下表面上有凸点61的基板，这些凸点61以与铝板10中要形成的凹坑相一致的方式规则排列。优选用强度和硬度足够高的材料制备基板60和凸点61，以免由于压力作用而使凸点损坏或凸点排列发生变化。出于这一目的，可以使用一种通用的易于形成微细图形的硅基板，然而，由于基板要被重复使用，因此更优选使用由高强度的金刚石或碳化硅组成的基板。
要形成凸点61的基板60必须有镜面般表面。在基板60上形成的凸点61与前述用高分辨平板印刷术得到的凹坑相一致。
每个凸点61的形成并不局限于半球形。当然，凸点61可以是圆锥形或棱锥形，比如三角棱锥或四角棱锥。
存在上述规则排列凸点61的基板60紧压在铝板10的表面上，这样，在铝板10的表面上，就形成细小的凹坑(凹陷部分)61(图6(b))，这一过程在下文中称为压制图形加工法。
在图形压制加工法中，用来实现将有凸点61的基板60紧压住铝板10的方法可以是将带有凸点61的基板60与铝板10牢固接触，然后再用液压机或类似设备向基板60施加压力。为使凹坑更易于形成，预先在200℃-500℃之间，加热铝板约2小时后，再退火处理是很有效的。
通过接上述方式将母模图形转移至铝板10的表面，这样，许多凹坑就在铝板10的表面上按预定的间隔规则形成(图6(c))。
当含有许多由上述方法制得的凹坑11铝板10，按第一个实施例所述步骤进行阳极氧化时，细孔就由凹坑11形成，这样，就可以得到含有按预定间隔排列的细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜。
在本实施例的多孔性阳极氧化的氧化铝膜制备方法中，存在凸点的基板被加工而成，并且重复使用。这样，在许多铝板的众多表面上就形成一种规则的凹坑排列。结果，能够有效且廉价地进行大规模生产存在预定凹坑的铝板。[第四个实施例]下面用一个更具体的实例对本发明作更详细的描述。
一种电子束正型光致抗蚀剂(ZEP-520日本Zeon有限公司的商标名称)旋转涂覆到硅基板上，涂覆厚度为0.1μm，用电子束曝光仪进行点状图形曝光，从而在光致抗蚀剂层中形成了每个凸点周围的各凸点均按0.1μm间隔呈正六边形排列的点状图形，而所述图形可生成直径约25nm的细孔。用电子束沉积设备在所得到的结构上沉积一层50nm厚的铬，将结构浸入作为溶剂的二甘醇二甲醚中，使用超声波去掉铬层和光致抗蚀剂层，这样就形成直径约25nm，高约50nm的铬凸点。以铬凸点作为掩膜，通过使用CF4气体进行反应性千法腐蚀，将硅基板腐蚀至60nm深，此后，用氧等离子体去掉铬，这样就得到了一种基板，该基板上，直径约25nm，高约60nm的凸点按0.1μm的周期规则排列。
在含有比例为1∶4的高氯酸和乙醇的混合电解液中，对纯度为99.99％的铝板电解抛光处理约4分钟，以得到有着镜子般表面的铝板。将含有凸点的硅基板放在铝板上面，并用液压机施加3吨/平方厘米的压力，这样在铝板表面就形成凹坑。
之后，含有凹坑的铝板在温度17℃，电压40V的条件下，于草酸中进行恒电位阳极氧化，草酸的浓度为0.3M(摩尔)。
经过这一过程，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化膜中，细孔间隔为100nm，每个孔周围的各孔按等间距的正六边形方式排列。因为细孔具有理想的规则排列，所以每个细孔均为圆形，并且细孔的均匀性也得到改善。[第五个实施例]采用与第一个实施例相同的过程，在碳化硅基板上，按63nm的间隔形成了直径约20nm，高约60nm的规则排列的凸点。
含有凸点的碳化硅基板与铝板紧密接触，所述的铝板纯度为99.99％，并按第一个实施例的方法进行了抛光。然后，用液压机施加3.5吨/平方厘米的压力，这样，就在铝板表面形成凹坑。
之后，在温度10℃，电压25V的条件下，于硫酸中进行恒电位阳极氧化，该硫酸浓度为0.5M，经过这一处理，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中，细孔的间隔为63nm，每个细孔周围的各孔按等间距的正六边形的方式排列。因为细孔具有理想的规则排列，所以每个细孔都为圆形，而且细孔的均匀性也得到改善。[第六个实施例]一种电子束负型光致抗蚀剂(SNR-M5:Tosoh公司的商标名称)旋转涂覆至碳化硅基板上，涂覆厚度为0.1μm，所述的碳化硅基板上沉积有一层厚0.5μm的金刚石薄膜。进行电子束曝光以形成间隔75nm，直径为约25nm和高约70nm的规则排列的凸点。
含有凸点的碳化硅基板与铝板紧密接触，所述铝板纯度为99.99％，并且按第一个实施例相同方法进行了抛光。用液压机施加4吨/平方厘米的压力，以在铝板表面形成凹坑。
之后，在温度5℃，电压30V的条件下，于一种混合电解液中进行恒电位阳极氧化处理，所述的混合电解液含有浓度分别为0.3M的草酸和0.3M的硫酸，两种酸的比例为3∶2。
经过这一处理，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜，该氧化铝膜中，细孔的间隔为75nm，每个细孔周围的细孔按等间隔的正六边形的方式排列，因为细孔具有理想的规则排列，所以每个细孔均为圆形，并且细孔的均匀性也得到改善。[第七个实施例]下面参考图7对本发明的第七个实施例进行描述。
本实施例中，按照第三个实施例在铝板上得到的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，其上的细孔被加工成通孔，以得到一种通孔薄膜。
本实施例中，首先，用一个基板(未在图7中示出)对一个镜面处理的10进行图形压制处理，所述的基板表面上有许多按预定间隔排列的凸点，如本发明的第三个实施例中所述。结果，在铝板10的表面上就有许多凹坑11形成，然后，对铝板10进行阳极氧化，以制备一种如图7(a)所示含有细孔71的多孔性阳极氧化的氧化铝薄膜70。
所得到的多孔性阳极氧化的氧化铝膜70构成为一层介电屏蔽薄层72，所述的屏蔽层72上没有细孔，与铝板基材相接触；和一个六角柱形多孔层73，所述的多孔层73与屏蔽层72相接触，并且在每个凹坑中心处都有一细孔。
为获得具有通孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，必须将铝板10和屏蔽层72(无细孔的层)去掉。
为去掉铝板10，可以对铝进行溶解去除。本实施例中，为去除铝，采用的是对铝板进行选择性腐蚀去除(图7(b))，作为腐蚀剂，腐蚀性升汞(HgCl2)的饱和溶液或Br2的饱和甲醇溶液都可以使用。
然后，使用磷酸类似物质将屏蔽层72去掉，这样就获得一种含通孔的薄膜(图7(c))。
在以上述方式获得的通孔薄膜中，有着令人满意的平直性和均匀直径的细孔，按纳米量级的预定间隔规则排列。
这种通孔薄膜不仅可用作过滤器，而且也可用作制造金属或半导体规则结构的原材料。
将铝板的外表面部分腐蚀成骨架形状时，就可以得到通孔薄膜的支撑部分。
按照本发明制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，不仅可用于铝板，也可用于在非铝基材上所形成的铝薄膜。这将以形成于硅基板上的铝膜为例，并参考图8，结合本发明的第五个实施例进行描述。
通过真空沉积或溅射在硅基板81上形成一层铝膜80(图8(a))。为制备铝膜80，可以使用由溶液中淀积的电沉积方法。
作为铝膜80的基材的硅基板81，其表面必须具有纳米量级的光滑度。
采用压制图形加工进行处理，许多的凹坑82就按预定间隔在铝膜80的表面排列(图8(b))。通过对铝膜进行阳极氧化处理，就制备出一种多孔性阳极氧化的氧化铝膜83，该氧化铝膜83中，细孔84在与铝膜表面上凹坑相对应的位置形成(图8(c))。
当用磷酸或类似物质腐蚀掉多孔性阳极氧化的氧化铝膜83上的屏蔽层时，细孔就可以延伸至作为基材的硅基板81，形成通孔(图8(d))，为避免腐蚀基材，应采用选择性腐蚀。
权利要求
1．一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于包括下列步骤按预定的间隔、预定的排列在光滑铝板的表面上形成许多凹坑；然后阳极氧化处理该铝板，以制备含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，所述的细孔不仅具有预定的形状，而且还与所述凹坑有着相同的间隔和排列。
2．一种根据权利要求1的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于对所述许多的凹坑分布进行排列，以使得每个凹坑周围的各凹坑在铝板上以正六边形排列，而且铝板的阳极氧化步骤包括在一定阳极氧化电压下对铝板进行阳极氧化处理，将凹坑间隔值与2.5nm/V相除，即为所述电压的大小，这样，就形成一种与所述凹坑对应的细孔的六方密堆排列。
3．一种根据权利要求2的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于所述的铝板的阳极氧化步骤包括在草酸电解液中，阳极氧化电压范围为35-45V，阳极氧化处理所述铝板，这样，就形成一种与所述许多的凹坑相对应的细孔的六方密堆排列。
4．一种根据权利要求2制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于阳极氧化所述铝板的步骤包括在硫酸电解液中，阳极氧化电压范围为23-28V时，阳极氧化处理所述铝板，这样，就形成一种与所述许多凹坑相对应的细孔的六方密堆排列。
5．一种根据权利要求1的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于还包括下列步骤通过阳极氧化制备出含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜后，其中所述的细孔具有预定的形状，并与所述凹坑有着相同的间隔和排列，再将铝板与多孔性阳极氧化的氧化铝膜分离，而且还要将多孔性阳极氧化的氧化铝膜中的屏蔽层去掉，以获得含有通孔的氧化铝膜。
6．一种根据权利要求1的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于在铝板表面形成凹坑的步骤包括将表面上存在许多与凹坑相对应的凸点的基板，紧压在铝板的表面上，以形成许多具有预定间隔和排列的凹坑。
7．一种根据权利要求6的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于对许多凹坑的分布进行排布，以使得每个凹坑周围的各凹坑在铝板上以正六边形排列，而且所述的铝板的阳极氧化步骤包括在一定的阳极氧化电压下阳极氧化处理所述铝板，将凹坑的间隔与2.5nm/V相除，即为所述的电压大小，这样，就形成一种与所述许多凹坑相对应的细孔的六方密堆排列。
8．一种根据权利要求7的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于所述的铝板的阳极氧化步骤包括在草酸电解液中，阳极氧化电压范围为35-45V，阳极氧化处理所述铝板，这样，就形成与前述的许多凹坑相对应的细孔的六方密堆排列。
9．一种根据权利要求7的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于所述的铝板的阳极氧化步骤包括在硫酸电解液中，阳极氧化电压范围为23-28V，阳极氧化处理所述铝板，这样，就形成与所述的许多凹坑相对应的细孔的六方密堆排列。
10．一种根据权利要求6的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于还包括下列步骤通过阳极氧化处理形成含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜之后，其中所述的细孔具有预定的形状，并与凹坑有着相同的间隔和排列，再将铝板与多孔性阳极氧化的氧化铝膜分离，而且还要将多孔性阳极氧化的氧化铝膜的屏蔽层去掉，以得到具有通孔的氧化铝膜。
11．一种制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于包括下列步骤在有着光滑表面的基板上制备一层铝膜；在该铝膜的一个表面上，形成许多具有预定间隔和排列的凹坑；然后阳极氧化处理所述铝膜的表面，以形成含有细孔的多孔性阳极氧化的氧化铝膜，所述的细孔有着预定的形状，并与前述许多的凹坑有着相同的间隔和排列。
12．一种根据权利要求11的制备多孔性阳极氧化的氧化铝膜的方法，其特征在于所述的在铝膜表面上形成凹坑的步骤包括将在一个表面上有许多与所述凹坑相对应的凸点的基板紧压在所述铝膜表面上，以形成许多具有预定间隔和排列的凹坑。
全文摘要
与阳极氧化时要制备的氧化铝膜上细孔的间隔和排列相同的许多凹坑,预先在铝板的一个光滑表面上形成,然后,对铝板进行阳极氧化处理。经过这一过程,多孔性阳级氧化的氧化铝膜上的细孔正圆度和细孔尺寸均匀性都得到改善,而且,细孔以预定间隔规则排列。将在一个表面上有许多凸点的基板压在待阳极氧化的铝板表面上,就形成前述的凹坑。
文档编号C25D11/16GK1222943SQ9719578
公开日1999年7月14日 申请日期1997年8月26日 优先权日1996年8月26日
发明者中尾正史, 玉村敏昭, 益田秀树 申请人:日本电信电话株式会社