臺灣博碩士論文加值系統

摘要
在1990年代以後，由導電的AFM探針所引發的局部氧化現象 (tip-induced local oxidation) 吸引了許多研究人員投入相關的研究，而且已能利用此技術，成功的在矽基板上生長奈米結構甚至製成元件。隨著半導體科技的進步，矽已經不是元件基板的唯一選擇。在本文中，我們試著在砷化鎵以及氮化鎵的表面上，利用輕敲式AFM與交流偏壓脈衝，施行局部氧化技術以生長氧化物，而且改變交流偏壓脈衝的強度、直流偏壓脈衝時間的長短、交流偏壓脈衝的頻率大小、懸臂樑振幅的壓縮量以及樣品溫度等實驗參數，觀察這些參數對於氧化物尺寸的影響，並且比較樣品間氧化行為的差異性。實驗結果顯示，單純的增加交流偏壓脈衝的強度，氧化物的高度會隨著脈衝強度的增加而上升。但若只調整反向偏壓的強度時，可以發現在砷化鎵上氧化物的高度隨著反向偏壓絕對值的增加而上升，與在P型矽材上得到的結果相符；在氮化鎵上得到的結果卻看不出反向偏壓對氧化物高度的貢獻。若單純增加直流偏壓脈衝時間的長短，可以發現氮化鎵的氧化物高度差與時間對數差有一線性關係，這與在其他材料上得到的結果類似。至於改變交流偏壓脈衝的頻率大小時，在砷化鎵上可以如同P型矽材一樣得到調高交流偏壓頻率而改善氧化物高度的結果。但是在氮化鎵上卻沒有類似的結果，對照於只調整反向偏壓強度的實驗結果，若以空間電荷模型為基礎，我們推論氮化鎵上不容易形成空間電荷或是空間電荷不容易以反向偏壓消除。若改變懸臂樑振盪時，因為受到排斥力影響而減少的振幅，我們發現振幅被壓縮的越多，也就是針尖越靠近樣品時，氧化物高度會明顯的增加。最後，我們觀察到改變樣品溫度時，因為水膜不容易在溫度高的表面上冷凝，而阻礙了水橋的形成，因此氧化物的高度有隨著樣品溫度增加而降低的現象。

An atomic force microscope (AFM) tip-induced local oxidation have attracted many scientists involved in relative investigations after 1990. It have already become a promising method to fabric nanometer-scale electronic devices. Si is not the only choice of the material of the substrate with the advancement of semiconductor technology. In the thesis, we examine tip-induced local oxidation on GaAs and GaN and study how such factors as various form of voltage, amplitude of cantilever, and temperature affect its size. Experiments show the different behavior of varying the negative bias voltage and frequency of AC voltage and we build a simple model to explain how these parameters bring about the different results. The increase of compressed value of the cantilever make the size of the oxide raise and the increase of temperature of the sample make the size of the oxide diminish.

目錄
第一章簡介 1
第二章原理說明及研究背景 7
2.1原子力顯微鏡的基本原理及架構……………………………...7
2.2原子力顯微鏡讀取數據的各種模式………………………….11
2.2.1 等力模式…………………………………………………12
2.2.2 等高模式…………………………………………………12
2.2.3 誤差訊號模式……………………………………………12
2.3原子力顯微鏡探針操作的各種模式………………………….14
2.3.1 接觸式……………………………………………………15
2.3.2 非接觸式…………………………………………………16
2.3.3 輕敲式……………………………………………………17
2.4 局部氧化技術的原理………………………………………...18
2.5 局部氧化技術現有的研究成果……………………………...21

第三章實驗儀器與設定 27
3.1 實驗儀器……………………………………………………...27
3.2 實驗設定與操作說明………………………………………...31
第四章實驗結果與分析 33
4.1 調控偏壓脈衝………………………………………………...33
4.1.1 調控交流偏壓的脈衝強度………………………………34
4.1.2調控直流偏壓的脈衝時間……………………………….39
4.1.3調控交流偏壓脈衝的頻率……………………………….41
4.2調控懸臂樑振幅………………………………………………47
4.3調控樣品溫度…………………………………………………51
第五章結論 54
參考書目………………………………………………………………..58

參考書目
[1] G. Binning, H. Rohrer, C. Gerber, and E. Weibel, Phys. Rev. Lett., 49, 57（1983）.
[2] G. Binning, C.F Quate, and C. Gerber, Phys. Rev. Lett., 56, 930（1986）.
[3] 林鶴南, 李龍正, 劉克迅, 科儀新知, 17, (3), 29（1995）.
[4] NT-MDT Solver P47 Instruction Manual（NT-MDT Co., Moscow, Russia, 2002）.
[5] 張茂男, 陳志遠, 潘扶民, 科儀新知, 24, (3), 27（2000）.
[6] J. A. Dagata, J. Schneir, H. H. Harary, C. J. Evans, M. T. Postek, and J. Bennett, Appl. Phys. Lett., 56, (20), 2001（1990）.
[7] 簡世森, 果尚志, 科儀新知, 21, (5), 45（2000）.
[8] Marta Tello and Ricardo García, Appl. Phys. Lett., 79, (3), 424（2001）.
[9] Ricardo García, Montserrat Calleja, and Francesc Pérez-Murano, Appl. Phys, Lett., 72, (18), 2295（1998）.
[10] Phaedon Avouris, Tobias Hertel, and Rechard Martel, Appl. Phys. Lett., 71, (2), 285（1997）.
[11] Francesc Pérez-Murano, Karen Birkelund, and Kiyoshi Morimoto, Appl. Phys. Lett., 75, (2), 199（1999）.
[12] J. A. Dagata, T. Inoue, J Itoh, K. Matsumoto, and H. Yokoyama, J. Appl. Phys., 84, (12), 6891（1998）.
[13] J. A. Dagata, T. Inoue, J Itoh, and H. Yokoyama, Appl. Phys. Lett., 73, (2), 271（1998）.
[14] H. C. Day and D. R. Allee, Appl. Phys. Lett., 62, (21), 2691（1993）.
[15] C. H. Oon, J. T. L. Thong, Y. Lei, and W. K. Chim, Appl. Phys. Lett., 81, (16), 3037（2002）.
[16] NT-MDT Cantilever Set Gset/180 datasheet（NT-MDT Co., Moscow, Russia, 2002）.
[17] 果尚志 工業材料雜誌, 173期, 111.
[18] Montserrat Calleja and Ricardo García, Appl. Phys. Lett., 76, (23), 3427（2000）.
[19] N. Cabrera and N. F. Mott, Rep. Prog. Phys. 12, 163（1949）.
[20] Makoto Ishikawa, Masamichi Yoshimura, and Kazuyuki Ueda, Appl. Surf. Sci., 188, 456（2002）.
[21] Yoshitaka Okada, Shinji Amano, Missuo Kawabe, and James S. Harris, Jr., J. Appl. Phys., 83, (12), 7999（1998）.
[22] Yoshitaka Nakano, Tetsu Kachi, and Takashi Jimbo, Appl. Phys. Lett., 82, (15), 2443（2003）.