臺灣博碩士論文加值系統

一般量場感測掃描式探針顯微術的金屬鍍膜探針，在訊號上會產生雜散場效應(stray field effect)，造成影像解析度降低的缺點。在本篇論文中，我們針對此項缺點，對未鍍膜探針尖端進行加工處理，利用導電式原子力顯微術(CAFM)系統，透過電化學反應來製作出具有場感測功能的金屬球尖探針，反應前先將氯化鈷電解溶液添加於孔洞材料中，在反應過程中外加一直流偏壓，使溶液中的金屬離子電鍍在探針尖端，形成球狀金屬鈷的電鍍物，並將完成的金屬奈米球尖探針對Ge dots試片進行EFM (electrostatic force microscopy)與SKPM (scanning Kelvin probe microscopy)量測。實驗結果顯示球尖探針確實可抑制雜散場效應的產生，同時在SKPM量測的空間解析度上更優於EFM量測(空間解析度~20 nm)。為了改善金屬鈷在量測上的品質，我們使用電子束與二氧化碳雷射系統，對探針尖端金屬球進行熱處理，並分別討論兩種退火方式對奈米球在EFM訊號增強上的效果來討論。

Typical tips in electric field distribution resulting in resolution degradation show stray field effect. In this work, we demonstrated electrochemical fabrication of a field-sensitive probe with a nano-sized cobalt ball at the tip apex by employing an conductive atomic force microscopy (CAFM) system, and applied the nano-ball tip to obtain high-resolution EFM image and SKPM image of Ge dots. Suppressing the stray field effect by the nano-ball tip can significantly improve the spatial resolution of EFM image and SKPM image. For the enhancement of the signal sensitivity suffered from the structural defects within the nano-ball at tip apex, the annealing treatments by an electron beam and an infrared laser have been employed to enhance the signal sensitivity. Moreover, our experimental results indicated that infrared laser annealing is more efficient than electron beam annealing for improving the performance of the nano-ball tips.

摘要................................................I
Abstract.......................................... II
誌謝……………………………………………………………………..III
目錄……………………………………………………………………..Ⅳ
圖目錄…………………………………………………………………..Ⅵ
表目錄…………………………………………………………………..Ⅹ
第一章 序論………………………………………………………………1
1.1研究動機………………………………………………………………1
1.2 論文架構...…………………………………………………………3
第二章 儀器原理與文獻回顧….…………………………………………4
2.1 掃描式探針顯微鏡 ……………………………………………4
2.2 原子力顯微鏡（AFM）…………………………………………………8
2.2.1 AFM原理………………………………………………………………8
2.2.2 AFM操作模式…………………………………………………………10
2.2.3 AFM系統架構…………………………………………………………12
2.2.4 CAFM系統架構…………………………………………………………14
2.3 靜電力與表面電位顯微鏡（EFM/SKPM）………………………………15
第三章 實驗儀器、材料與實驗流程…………………………………………23
3.1實驗設備與材料……………………………………………………………27
3.2 實驗流程……………………………………………………………………32
3.2.1 製程基板的製備…………………………………………………………32
3.2.2 金屬球尖探針的製作……………………………………………………36
3.3靜電力顯微鏡(EFM)量測……………………………………………………45
3.4表面電位顯微鏡(SKPM)量測………………………………………………48
第四章 實驗結果與討論…………………………………………………………51
4.1製程參數探討…………………………………………………………………51
4.2 球尖探針在EFM量測…………………………………………………………57
4.3電子束、雷射的熱處理…………………………………………………………62
4.4表面電位顯微鏡(SKPM)量測…………………………………………………71
4.5雷射熱處理模擬分析……………………………………………………………75
4.6 外加光源量測分析………………………………………………………………77
第五章結論與建議……………………………………………………………………79
參考文獻………………………………………………………………………………81

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