臺灣博碩士論文加值系統

近年來，奈米科技迅速發展，所涵蓋的領域相當廣泛，比如生物科技，應用材料及光學研究等，其中奈米球微影技術是其中一種經濟、簡單、且高產量的一種製程技術。
本實驗中，使用奈米球微影技術製造鉻(Chromium)金屬的二維陣列。我們利用聚苯乙烯奈米球本身自組裝的特性，使其整齊的排列在Si基板上，之後濺鍍鉻(Cr)金屬在塗佈有聚苯乙烯奈米球之Si基板上，之後使用二氯甲烷將聚苯乙烯奈米球舉離，將基板洗淨之後可得到二維的金屬陣列。樣品完成之後再利用閃光燈激發的Nd:YAG雷射入射基頻光(波長1064μm)，量測其二次諧波(波長532μm)反射係數，並觀察因金屬陣列之倒晶格向量產生相位匹配 (phase-matching)的效果造成二次諧波反射係數增強。

第一章 緒論-----------------------------------------------------1
1.1 前言----------------------------------------------------------1
1.2 研究動機------------------------------------------------------2
第二章 奈米球微影技術----------------------------------------3
2.1 微影技術的介紹-----------------------------------------------3
2.2 奈米球微影技術-----------------------------------------------4
a. 基板的準備-------------------------------------------------------5
b. 奈米球塗怖-------------------------------------------------------5
c. 材料的濺鍍或蒸鍍-------------------------------------------------9
d. 奈米球舉離-------------------------------------------------------9
第三章 非線性光學--------------------------------------------11
3.1 簡介----------------------------------------------------------11
3.2 非簡諧振盪子模型--------------------------------------------12
3.3 非線性系數張量----------------------------------------------14
3.4 二次諧波的產生----------------------------------------------16
3.5 金屬表面二次諧波產生之理論---------------------------------20

第四章 實驗步驟-----------------------------------------------26
4.1儀器與量測設備-----------------------------------------------24
4.1.1 磁控濺鍍系統-------------------------------------24
4.1.2 原子力顯微鏡(AFM) -------------------------------27
4.1.3 表面測厚儀α-step -------------------------------29
4.1.4二次諧波量測系統---------------------------------30
4.2 實驗步驟及過程----------------------------------------------35
a. 實驗流程圖------------------------------------------35
b. 實驗步驟--------------------------------------------36
第五章 結果與討論
5.1奈米球排列結構分析-------------------------------------------40
5.2 Cr金屬點陣列結構分析---------------------------------------41
5.3單一Cr金屬點陣列粒子分析-----------------------------------42
5.4 Cr薄膜的二次諧波分析---------------------------------------44
5.5 Cr金屬陣列的二次諧波分析-----------------------------------46
5.6實驗結果與討論-----------------------------------------------50



第六章 結論與未來方向---------------------------------------58
參考文獻---------------------------------------------------------59
附錄A SHG量測硬體---------------------------------------------64
附錄B SHG自動量測系統控制程式碼-----------------------------65

第一章
1. T. H. Maiman, “Stimulated Optical Radiation in Ruby,” Nature 187, 493(1960)
2. P. A. Franken, A.E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, “Generation of Optical Harmonics” Phys. Rev. Lett. 7,118(1961)
3. 高望碩，”表面二次諧波之徑向分佈檢測金屬膜和半導體界面之殘存微小應力”， (國立成功大學光電研究所碩士論文，2005)
第二章
1. M. Kamp,M. Emmerling,S. Kuhn, A .Forchel, “Nanolithography using a 100 kV electron beam lithography system with a Schottky emitter” J. Vac. Sci. Technol. B 17,86 (1999).
2. L. J. Heyderman, “ Arrays of nanoscale magnetic dots: Fabrication by x-ray interference lithography and characterization” Appl. Phys. Lett. 85, 4989 (2004).
3. J. C. Hulteen and R. P. Van Duyne, “ Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surfaces“ J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1553 (1995).
4. H.W. Deckman ,J.H.Dunsmuir, ” Natural lithography” Appl. Phys. Lett. 41, 377(1982)
5. J. C. Hulteen and R. P. Van Duyne, “ Nanosphere lithography: A materials general fabrication process for periodic particle array surface“ J. Vac. Sci. Technol. A 13, 1553 (1995).
6. W. Kern, “Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology -Science,Technology, and Application” Noyes Publications, Park Ridge, N. J. (1993)
7. Micheletto, H. Fukuda, and M. Ohtsu, ”A Simple Method for the Production of a Two-Dimensional Ordered Array of Small Latex Particles” Langmuir 11, 3333(1995)
8. C. Hulteen, D. A. Treichel, M. T. Smith, M. L. Duval, T. R. Jensen, and R. P.Van Duyne, “Nanosphere Lithography: Size-Tunable Silver Nanoparticle and Surface Cluster Arrays” J. Phys. Chem. B 103, 3854(1999).
9. Winzer, M. Kleiber, N. Dix, and R. Wiesendanger, ”Rapid communication Fabrication of nano-dot- and nano-ring-arrays by nanosphere lithography” Appl. Phys. A 63, 617 (1996).
10. J. Rybczynski, U. Ebels, and M. Giersig, “Large-scale, 2D arrays of magnetic nanoparticles” Colloids Surf. A: Physicochem. Eng.219, 1 (2003).
11. A. S. Dimitrov and K. Nagayama, ” Continuous Convective Assembling of Fine Particles into Two-Dimensional Arrays on Solid Surfaces” Langmuir 12, 1303 (1996).
12. 李宗勳，”光電子激發顯微鏡(X-PEEM)於奈米磁性結構之研究” (國立成功大學物理研究所碩士論文，2004)
13. 何志強，”探討週期性二維奈米銀金屬陣列之結構與二次諧波研究”(國立清華大學光電工程研究所碩士論文，2007)
第三章
1. P . Fraken, A. E. Hill, C. W. Peters, and G. Weinreich, ” Generation of Optical Harmonics” Phys. Rev. Lett.,7,118 (1961)
2. R. W. Boyd , ”Nonlinear Optics” (Academic Press, Inc, Boston ,1999)
3. J. E. Sipe, V. C. Y. So, M. Fukui, and G. I. Stegeman,
“ Analysis of second-harmonic generation at metal surfaces” Phys. Rev. B 21, 4389 (1980)
4. C. C. Tzeng, and J. T. Lue, “Nonlinear optical generation from noble metals and aluminum films in various geometric configurations” Phys. Rev. A 39, 191 (1989).
5. C.S Chen,J.T Lue, ”Asymmetric distribution of surface second harmonic generation for thin silver films deposited on Si(111)” E.P. J. B 46, 367 (2005)
6. M. Weber and A. Liebsch, ”Density-functional approach to second-harmonic generation at metal surfaces” Phys. Rev. B 35, 7411 (1987)
7. 曾錦清，”III-V 族半導體及貴重金屬表面二次諧波產生之研究” (國立清華大學物理研究所，1987)
8. 劉玠均，”探討週期性二維奈米鎳金屬陣列之結構與二次諧波研究” (國立清華大學電子研究所,2006)
第四章
1. 呂助增， “實驗物理方法” 國立編譯館出,1980
2. 呂助增，曾錦清，梁繼勇， “二次諧波光譜儀在半導體表面研究上之應用”，科儀新知第十四卷第五期(民國82年四月)
第五章
1. C. C. Tzeng , and J. T. Lue, “Nonlinear optical generation from noble metals and aluminum films in various geometric configurations” Phys. Rev. A 39, 191 (1989)
2. Charles Kittel, “Introduction to Solid State Physics 8th”,John Wiley & Sons,Inc(2005)
3. P.B. Johnson and R.W. Christy,”Optical constants of transition metals:Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni, and Pb” Phys. Rev. B Volume 9, Number 12 (1974)
4. K. Sakoda, “Optical Properties of Photonic Crystals”, Springer-Verlag, Berlin(2001)
5. 劉玠均”探討週期性二維奈米鎳金屬陣列之結構與二次諧波研究”，(國立清華大學電子研究所，2006)
6. 曾錦清，”III-V 族半導體及貴重金屬表面二次諧波產生之研究” (國立清華大學物理研究所，1987)
7. 何志強，”探討週期性二維奈米銀金屬陣列之結構與二次諧波研究”(國立清華大學光電工程研究所碩士論文，2007)