超薄AAO模板问题集锦
1、问:做SEM测试前,样品需不需要做喷金处理?
答:无论是超薄AAO模板(转移后,无PMMA)、单通AAO模板和双通AAO模板,当AAO的厚度大于2微米时,做SEM之前都需要进行喷金或喷碳处理,因为较厚的AAO导电性差,如果不进行前处理,SEM测试时图像质量会很差甚至一点都看不清楚。当AAO的厚度小于2微米时(主要对超薄AAO和单通AAO而言),AAO可以将电子导走,因此不需要喷金或喷碳照样可以很清晰地观测SEM,当然,前提是AAO是贴在导电基底上的(如导电胶、金属样品台等)。喷金厚度大约2~4nm即可。
2、问:AAO模板的膜厚精度是多少?
答:由于AAO模板本身的厚度起伏以及SEM测试的误差,实际膜厚会跟型号中标注的膜厚有一些差别,并不是精确一致的,这一点请知悉。一般情况下,孔间距65nm,100nm,125nm的超薄AAO膜厚的误差为±50nm,孔间距为450nm的超薄AAO膜厚误差约为±150~300nm。膜越厚,误差越大。
3、问:AAO模板的孔径误差是多少?
答:我们目前的AAO模板为两步氧化法制备,因此AAO孔排列为自组织结构,孔排列短程有序,有序区域与为微米级,有序区域称为“筹”,筹内孔排列为六角密排有序,筹和筹之间的孔排列方向有一定的角度差别,筹和筹之间为筹界,筹界区域为缺陷区域,该区域内孔形状偏离圆形,孔排列比较混乱,孔径不均。这种AAO模板孔直径并不是单一值,孔径数值有一定的分布,单通AAO、对称型双通AAO、超薄AAO,三者孔径的分散程度依次增加。单通AAO孔径比较均匀,孔径误差在所标值的±10%以内(不排除局部区域的大孔或小孔现象),一般孔径误差在±5%以内。双通AAO模板孔径分散比单通稍微宽一些,一般情况下实际孔径会比标注的孔径略微大一些。超薄AAO由于其制备过程复杂,膜厚较薄,孔径分散度比较大。孔间距65nm、100nm、125nm的超薄AAO孔径一般在所标值的正负8nm以内,型号中带有C的超薄膜孔径在所标值的正负12nm以内(不排除局部区域的大孔或小孔现象)。孔间距450nm的超薄AAO孔径分散范围一般为50~60nm。
4、问:AAO模板是亲水的吗?
答:AAO模板有一些亲水但不是超亲水,干燥的AAO模板亲水性不好,需要将AAO模板表面先用水浸湿后就更亲水了,水或水溶液是可以进入到AAO模板孔内部的,这一点可以放心。当然您也可以对AAO模板做后期疏水处理。
5、问:我们的产品是α-AAO还是γ-AAO?
答:主要是非晶态和γ-氧化铝,不是α-氧化铝。γ-氧化铝的主要含量未知,并未进行过实际测量。
6、问:PMMA/AAO膜可以直接进行SEM测试吗?
答:我们不建议直接测,因为PMMA没有导电性,即使喷金后样品导电性也不行,测试难度大,会很浪费时间。建议将膜转移到导电基底上之后进行SEM测试,此时PMMA已除去,而且由于AAO很薄,如果基底导电,无需喷金可以直接进行SEM测试。如果基底部导电,比如玻璃基底,需要喷金后测试SEM。
7、问:单通AAO与超薄AAO的主要不同点是什么?
答:单通AAO的孔底部有阻挡层,它的没一个孔的管道就像试管一样,阻挡层就是试管的底,而超薄AAO和双通AAO的孔两端开口,因为它们的阻挡层已经去除了。单通AAO(英文名称为AAO on Al substrate)孔一端开口,AAO膜下面是未变成氧化铝的铝基(具体请参阅公司中文网页产品介绍),AAO膜与铝基结合非常紧密,单通AAO一般用作纳米模板采用铸造的方法在孔内填充其它材料形成纳米棒或纳米线,或者利用其表面的多孔结构在其表面沉积一层其它材料(如金、银)从而制备具有纳米孔的薄膜。超薄AAO是从单通AAO经过后续加工而来,主要是去除铝基并去除阻挡层,由于其厚度一般在2微米以下,很薄,所以称之为超薄AAO。超薄AAO为双通结构,它需要转移到基底上使用(具体请参阅公司网站产品介绍)。一般情况下,可以采用超薄AAO模板作为掩模板,通过电子束蒸镀或热蒸发等方法在基底上制备金属纳米颗粒阵列(具体操作方法和注意事项请联系我们获取资料下载链接)。注意,以超薄AAO为掩模板采用金属蒸镀只能获得纳米颗粒而不能获得纳米棒。
8、问:超薄AAO如何去除?
答:超薄AAO在沉积完金属后,或者在干法刻蚀后,一般都是要除去AAO的,所可能遇到的问题是AAO除不掉或者不能完全除掉。我们推荐使用的方法是胶带法。使用棕色的高温胶带,慢慢贴在AAO表面,用指肚按压使胶带和AAO充分接触,然后慢慢撕去胶带。出现AAO粘不掉的原因很多,其中一个主要原因是金属沉积的太厚了,孔间距不大于125nm的超薄膜沉积金属的厚度尽量不要超过30nm,孔间距450nm的目前还没出现过这个问题;另外的原因是样品如果经过高温(比如大于400度),AAO与基底之间可能烧结,导致粘不掉;还有一个原因是基底本身,有些基底本身就和AAO粘附性很强,这种情况很难预测,只有真正做的时候才知道,所以对于除了硅片、蓝宝石、玻璃片之外的基底,要考虑到这个问题。不用担心胶带会不会把金属纳米颗粒粘掉,因为胶带是不会碰到金属纳米颗粒的,而且有时甚至直接用胶带多粘几次,第一次露出的纳米颗粒也不会被粘掉,根据实际情况来定。如果不用胶带粘的方法,可以使用NaOH(5~10wt%,常温,时间大约十几分钟到半小时)或磷酸(5~10wt%,40~70度,时间不确定,一般大于一小时),NaOH腐蚀性更强一些,我们不推荐使用溶液法,因为溶液法往往会污染样品,而且,AAO溶解后,AAO表面的金属纳米颗粒或金属膜很可能粘附在样品表面造成二次污染。如果实在要使用溶液法,建议的操作方式是:将沉积完金属膜的样品反扣在溶液表面,反面向下,让它漂浮着,如果飘不起来,就把样品先贴在泡沫塑料板上,然后再反扣在溶液表面,溶解过程中可以适当摇晃摇晃样品和溶液,这样当AAO被溶解后,表面的金属膜或金属颗粒会往下掉,脱离样品表面而掉落并下沉到容器底部,有时用肉眼可以看到絮状物往下掉,那些就是AAO表面的金属颗粒或者金属膜金属网。溶液法并不是很成熟,需要根据实际情况自行改进。溶液法也可能会存在AAO除不完(有时是金属膜金属颗粒残留粘附于样品表面而造成的假象)的问题,一个可能的原因是金属沉积太厚了,孔间距不大于125nm的超薄膜沉积厚度尽量不要超过30nm;另一个原因可能是如果样品经过高温处理(如大于600度),AAO会发生相变,变成更加耐酸碱腐蚀的相,从而使用NaOH或磷酸也很难除掉。在实际实验中,其实AAO的除去率也不会达到100%,总会有一些偏离理想情况。AAO如果更厚一些(比如不小于200nm),就更容易除掉一些。总之,在选用超薄AAO制备纳米颗粒或干法刻蚀时,都会可能遇到AAO除不掉或除不完的情况,购买和使用前请知悉。
9、问:超薄AAO模板产品的PMMA层起什么作用?
答:由于超薄AAO模板一般厚度在1000nm以下,非常脆弱,独立的超薄AAO模板收到气流冲击、碰触等都很容易破碎,因此我们将超薄AAO表面制备了一层十几微米到几十微米厚的PMMA层,AAO有了PMMA层 支撑和保护,就比较容易拿取、剪裁、放置、运输等,操作起来AAO的破损率也会降低。由于PMMA层的存在,所以在将AAO转移到基底表面的过程中,需要将PMMA用丙酮进行去除,只留下AAO在基底表面。
10、问:如何选择超薄AAO的规格,比如膜厚,孔直径?
答:超薄AAO由于厚度很薄,所以它很脆弱,在转移过程中容易出现破损、折叠、褶皱现象。膜厚在200nm以下的超薄AAO薄膜转移过程中更加容易破损,因此,在选择和使用膜厚200nm以下的超薄膜的时候,建议将超薄膜剪成更小的小片来转移,使用“捞”的方法(即将超薄AAO放在溶液中,用镊子夹住基底使基底与超薄AAO在溶液中贴合),因为超薄膜面积越小,越不容易出现破损。膜厚200nm以下的超薄膜不建议直接进行面积为15*15mm这么大的转移。一般在采用蒸镀法制备金属纳米颗粒时,由于遮蔽效应,所得到的颗粒大小会比孔直径要小一些,膜厚越厚,相差越大,因此选择孔径的时候要适当选孔大一些的。蒸镀制备纳米颗粒选择超薄AAO孔直径与膜厚的比例可以在1:3~1:6(没有严格的要求),理论上是越薄越好,但是太薄了转移时容易破损。
11、问:超薄AAO转移之前,对于基底应该提前如何处理?
答:首先,也是最重要的一点就是基底必须清洗干净,越干净越好。一般情况下需要对基底进行亲水处理,亲水处理的方法主要有三种:(1)采用plasma清洗基底几分钟,气体源可以是空气也可以是氧气,处理后要立刻使用,否则的话基底暴露在空气中时间久了就会丧失亲水性;(2)采用紫外光处理机处理30min,基底表面即变得亲水;(3)使用食人鱼(piranha)溶液处理基片,既可以使基底表面干净,又可以使基底亲水,不过使用时要注意安全。
12、问:转移到基底上的超薄AAO模板如何从包装盒内取出?
答:我们将AAO转移好之后,是用双面胶将基底贴在包装盒底的,取出时要用使用乙醇。取出时要特别小心,在双面胶与样品接触的地方滴加少量乙醇,注意,乙醇的量不能太多,太多就会蔓延到样品上污染样品,所以要适量。乙醇可以让双面胶暂时失去粘性,此时轻轻将基底取出。
13、问:超薄AAO模板转移后出现褶皱,是否可以减少或避免?
答:超薄AAO转移过程中使用丙酮去除PMMA,超薄AAO在丙酮中是脱离基底的,当基底连同AAO从丙酮中取出时,丙酮的表面张力将AAO压在基底表面,贴付过程中由于AAO不是张紧拉平的,就像将一片大面积的保鲜膜贴在不锈钢基底上,如果保鲜膜不是张紧拉平的,而是自由的贴上,那么褶皱是很容易出现的。所以超薄AAO模板转移到基底上之后一定会出现褶皱现象,非常难以避免,我们目前的技术不可能做到无褶皱,这一点请知悉。为了减少褶皱面积,基底要清洗干净,而且要进行亲水处理,也要保证转移的时候基底仍然是亲水的。AAO的面积越小,褶皱会越少,这是因为面积较小的AAO更容易展平。
14、问:超薄AAO转移到基底上之后是否可以经过高温加热?
答:超薄AAO加热到500~600℃时没问题的,如果加热到更高温度,可能会产生宏观裂纹,我们测试过加热到900度的情况,超薄膜比表面会产生几微米到几十微米长的裂纹,裂纹宽度倒不大,几百纳米到几个微米,可能是由于基底与AAO之间不同的膨胀系数导致的,具体原因尚不明确。AAO经过高温处理后,非晶相和伽马相的氧化铝会转变成阿尔法相,这种相比较耐酸碱腐蚀,因此,如果选择使用NaOH或磷酸去除AAO,如果AAO经过了高温处理,相应的酸碱浓度以及温度需要提高,去除时间也需要延长,而且可能会出现无法完全溶解去除的现象。经过高温处理后,AAO与基底之间也会出现烧结现象,AAO与基底之间的结合力会提高。
15、问:将PMMA/AAO膜剪成更小的面积(如5*7mm)转移的时候要用捞的方法,其技巧是什么?
答:首先将PMMA/AAO膜放在丙酮里,过几分钟或十几分钟,PMMA和AAO分离,AAO膜悬浮在丙酮中随着丙酮的对流而游动,一定要用手电筒在旁边照着,桌面背景用黑色。用捏着夹着小的基底去捞悬浮的PMMA,千万不要把基底平放然后试图将AAO端出来,因为这样的话AAO膜一定会滑落。如上图所示,在捞的时候一定要将基底倾斜,有一个边要搭在基底边缘,其余部分在基底的正面,所以基底要很小,AAO必须有一点搭在边缘才能捞起来,换句话说,是用基底的一条边去“挑”AAO膜的一个边或者一个角,然后向上将基底提出丙酮。由于有一部分AAO是搭在基底边缘的,从丙酮中拿出后,这部分会绕到基底背面。基底不能大于20*20mm,否则太大了非常难操作。
16、问:有什么方法可以用来去除PMMA?
答:一般情况来说,我们是使用丙酮浸泡的,当然也可以使用二氯甲烷和氯仿等良好溶剂。
17、问:我想把转移到基底上的超薄AAO模板进行热处理,使用其非晶相和γ相转化成耐腐蚀的α相,让AAO更耐稀酸腐蚀,是否可行?
答:是可行的。我们试验过,当AAO模板加热到五六百度保温一段时间(如几个小时),AAO的耐酸碱腐蚀性显著提高,AAO与基底的粘附性也提高了。如果再继续提高加热温度,要注意防止超薄AAO的开裂,我们试验过当加热到900℃的时候,在硅片上的超薄AAO有时候会有微米级长度的裂纹,具体要以实验为准。
18、问:在转移超薄AAO的时候要用的丙酮,但是丙酮不好购买,所以请问还有什么替代品可以溶解PMMA?
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中文:http://topmembranes.com/intro/Ultrathin_AAO_transfer_cn.rar