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研究生:廖均恆
論文名稱:三電極單層自組分子奈米電晶體的研究與製作
論文名稱(外文):Investigation and fabrication of self-assembled monolayer nano-transistor with three electrodes
指導教授:周亞謙
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:86
中文關鍵詞:薄膜橋載台電子束微影分子電晶體分子電子元件三電極分子元件自組分子層矽的非等向性蝕刻乾式蝕刻
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自西元1974年A. Aviram和M. A. Ratner提出可當作類似二極體整流功能的分子電子元件模型後[1~4],開啟了分子電子科學的研究。最近,許多分子電子學的研究團體發現分子元件有類似半導體元件的特性[5,6],分子奈米電子元件的優點是能藉由”由下而上”的組成方式來製作出來,其保有分子的原有特性和其尺寸在100 nm以下。目前分子電子學遇到的兩個問題是:(1)如何製作出奈米尺寸級的載台,(2)如何將欲研究的分子精確地填入載台中。


本論文的研究即是利用一些常見的半導體技術製作出一個三電極奈米尺寸的薄膜橋載台,並利用Octanethiol[CH3(CH2)7SH]分子具有自我對準的功能(SAMs)正確地填入載台中。不同於M. A. Reed研究團隊所提出的雙電極薄膜橋[6],三電極的薄膜橋除了可以作為金屬點接觸光譜的研究和製作出整流性的分子元件外,更可以進一步製作出結構類似電晶體三個電極的元件,並在電性上發現了一個特別的現象,藉由改變閘極(Gate)電壓的大小,會使得源極電壓-源極電流特性曲線圖(Vs-Is圖)的曲線向右偏移,雖然只是個初步的研究,但這類的元件可進一步研究製作出具有開關功能的電晶體。
目錄
摘要 …………………………………………………………Ⅰ
誌謝 …………………………………………………………Ⅱ
目錄 …………………………………………………………Ⅲ
圖片索引 ……………………………………………………Ⅵ
表格索引 ……………………………………………………Ⅸ
第一章:導論 ………………………………………………1
第二章:分子電子元件的導電機制 ………………………2
2-1 分子軌域模型理論…………………………… 4
2-2 單層自組分子的簡介………………………… 5
2-3 分子的電子傳導機制………………………… 7
第三章:元件的製作 ………………………………………9
3-1 簡介 …………………………………………… 9
3-2 製作流程總覽……………………………………11
3-3 光學微影 ……………………………………… 19
3-3-1 SOI晶圓的準備與清洗 …………………………20
3-3-2 光阻層的塗佈 ………………………………… 20
3-3-3 曝光 …………………………………………… 24
3-3-4 雙面對準曝光 ………………………………… 28
3-3-5 顯影 …………………………………………… 29
3-4 乾式蝕刻 ……………………………………… 30
3-4-1 乾式蝕刻原理 …………………………… 33
3-4-2 乾式蝕刻矽 …………………………………… 35
3-4-3 乾式蝕刻氮化矽 ……………………………… 36
3-4-4 乾式蝕刻二氧化矽 …………………………… 37
3-5 濕式蝕刻 ……………………………………… 38
3-5-1 矽的濕式蝕刻 ………………………………… 40
3-5-2 二氧化矽的濕式蝕刻 ………………………… 46
3-5-3 氮化矽的濕式蝕刻 …………………………… 46
3-6 電子束微影 …………………………………… 49
3-6-1 電子阻的塗佈 ………………………………… 49
3-6-2 電子束曝光系統和原理 ……………………… 51
3-7 熱氧化 ………………………………………… 53
3-8 熱蒸鍍 ………………………………………… 55
3-9 電性量測 ……………………………………… 58
第四章:元件製作的結果與討論 …………………………60
4-1 晶圓正面矽電極結構的製作 ………………… 60
4-2 KOH蝕刻晶圓背面的矽 …………………………60
4-3 H3PO4蝕刻去除晶圓正反兩面的氮化矽 ………62
4-4 RIE蝕刻二氧化矽 ………………………………63
4-5 KOH蝕刻在破片正面的矽電極 …………………64
4-6 HF蒸氣蝕刻去除二氧化矽 …………………… 65
4-7 矽孔洞的閘極氧化層成長 …………………… 67
4-8 熱蒸鍍金薄膜 ………………………………… 71
第五章:實驗數據分析 ……………………………… 76
5-1 金屬-絕緣層分子-金屬結構的電性分析 ……76
5-2 三電極電晶體的電性 ………………………… 80
5-3 結論 …………………………………………… 81
後記 ……………………………………………………… 82
參考文獻 ………………………………………………… 83
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