Ion Transmittance of Anodic Alumina for Ion Beam Nano-patterning

Anodic alumina with self-organized and ordered nano hole arrays can be a good candidate of an irradiation mask to modify the properties of nano-scale region. In order to try using porous anodic alumina as a mask for ion-beam patterning, ion beam transmittance of anodic alumina was tested. 4 Um thick self-standing AAO templates anodized from Al bulk foil with two different aspect ratio, 200:1 and 100:1, were aligned about incident ion beam with finely controllable goniometer. At the best alignment, the transmittance of the AAO with aspect ratio of 200:1 and 100:1 were $10^{-8}\;and\;10^{-4}$, respectively. However transmittance of the thin film AAO with low aspect ratio, 5:1, were remarkably improved to 0.67. The ion beam transmittance of self-standing porous alumina with a thickness larger than $4{\mu}m$ is extremely low owing to high aspect ratio of nano hole and charging effect, even at a precise beam alignment to the direction of nano hole. $SiO_2$ nano dot array was formed by ion irradiation into thin film AAO on $SiO_2$ film. This was confirmed by scanning electron microscopy that the $SiO_2$ nano dot array is similar to AAO hole array.

이온빔 나노 패터닝을 위한 양극산화 알루미나의 이온빔 투과

양극 산화된 알루미나 (anodized aluminum oxide : AAO)는 균일하고 일정한 크기의 나노기공 패턴을 지니고 있다. AAO를 이온빔 나노 patterning을 위한 이온조사 시 마스크로서 이용하기 위해 AAO 나노 기공을 통과하는 이온빔의 투과율(AAO에 입사한 이온에 대한 투과이온의 양의 비)을 측정하였다. Al bulk foil을 양극 산화하여 두께가 $4{\mu}m$이고 종횡비(두께와 기공의 지름의 비)가 각각 200:1, 100:1 인 AAO를 Goniometer에 부착하여 500 keV의 $O^{2+}$ 이온빔에 대해 나노기공을 정렬시킨 후, 기울임 각에 따른 투과율을 측정한 결과, 종횡비가 200:1, 100:1 일 때 투과율은 각각 약 $10^{-8},\;10^{-4}$로 거의 이온빔이 투과하지 못하였다. 반면에 $SiO_2$ 위에 증착된 Al 박막으로 양극산화하여 종횡비가 5:1인 AAO의 이온빔 투과율은 0.67로 투과율이 현저히 향상되었다. 높은 종횡비를 갖는 AAO의 경우에는 범과 AAO 기공의 정렬이 쉽지 않은데다 알루미나의 비전도성으로 인한 charge-up 현상으로 인해 이온빔이 극히 투과하기 어렵기 때문이다. 실제로 80 keV의 Co 음이온을 종횡비 5:1인 AAO에 조사시킨 후에는 AAO 나노기공과 동일한 크기의 나노 구조체가 형성됨을 주사전자현미경(scanning electron microscopy: SEM) 관찰을 통하여 확인하였다.