跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(44.220.62.183) 您好!臺灣時間:2024/02/29 05:51
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:李彥琦
論文名稱:奈米懸空橋感測器之製作與特性分析
論文名稱(外文):Fabrication and Characterization of Nano-Air-bridge Sensor
指導教授:吳仲卿
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:42
中文關鍵詞:懸空橋感測器一次微分二次微分
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:263
  • 評分評分:
  • 下載下載:27
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
本論文主要發展一個精細的微影製程,製作奈米懸空橋穿隧結。 並進一步
以靜電方式捕捉奈米顆粒材料於穿隧結之間,透過電壓電流曲線及其一次微分
和二次微分電性量測,探究奈米材料的特性。
製作過程中包含的技術:電子束微影術、光微影術、反應式離子蝕刻、濕
式蝕刻、熱蒸鍍、濺鍍以及探針顯微術。元件架構為金屬/絕緣層/金屬三層結
構,接著運用濕式蝕刻移除絕緣層,完成奈米懸空橋元件。製作關鍵在於改變
不同的絕緣層厚度,可以簡單地調控奈米間隙寬度。元件以金為上下電極之厚
度分別為 50 nm 以及30 nm ,交錯之區域控制在80 nm ×80 nm以內;中間絕緣層用濺鍍方式鍍上二氧化矽 5 nm以及15 nm兩種不同厚度。為了可以直接觀察元件之狀態,也此一元件結合到 100 nm 的氮化矽薄膜上,並以穿透式電子顯微鏡觀察。
量測方面採用四點量測法,藉由分析電流-電壓特徵曲線對元件作探討。首
先在Au-SiO2-Au結構中,可以得到典型非線性電流-電壓曲線,且穿隧電流隨穿隧位障的厚度增加而大幅減少。此一結構也出現光輔助激發的效應,此一現象可能因為入射光激發電極表面電子產生的表面電漿偶合所產生。
利用二氧化矽蝕刻液(氫氟酸及氟化氨的混合溶液)將中間層 SiO2 移除後,
即得懸空之Au-Air-Au結構,由於電流-電壓曲線可以得知此一結構之穿隧位障較低。最後藉由靜電捕捉技術,對奈米顆粒(CdSe)進行捕捉。由電流-電壓的趨勢可得知經由靜電捕捉後穿隧層特性有極大的改變,因此可推斷奈米粒子已成功置入穿隧結中。
In this thesis, a fine process for fabricating nano-air-bridge junction has been developed. Through electrostatic trapping technique integrated in this air-bridge device, we were able to trap nano-particle into the junction. All the properties were characterized by current-voltage curve, first and second derivative of I-V curves measurements.
A series of nano-air-bridge devices were fabricated by a bottom up process and the techniques involved are as follows : electron beam lithography, photolithography,
reaction ion etching, wet etching, thermal evaporation, sputtering system, and scanning probe microscopy. The key to get different gap-size of nano-air-bridge is varying the thickness of mid-layer of SiO2. The top and bottom gold electrodes are 50 nm and 30 nm thick, respective, and the SiO2 layer is controlled within 5 nm to 15 nm. The cross area of nano-air-bridge is below 80 nm × 80 nm. In addition, nano-airbridge is also fabricated on the top of a 100 nm SiN membran for being inspected using transmission electron microscopy(TEM).
Through four-terminal I-V measurement on Au-SiO2-Au, typical nonlinear I-V curves have been obtained. Furthermore, a photo-assisted exciting effect is also
observed in this metal-insulator-metal (MIM) structure. This phenomenon may have been caused by the coupling surface plasmon on the both side of metal electrode.
After removing SiO2 layer, the I-V curve indeed indicated a lower barrier height in Au-Air-Au junction. By dipping this junction in diluted CdSe solution and adopting with a electrostatic trapping (ET) technique, I-V curve measurement revealed that the nano-particle have been trapped into the gap successfully.
第一章 緒論
1-1 前言.......................................... 1
1-2 研究動機與目標.................................. 3
第二章 文獻回顧與理論
2-1 奈米間隙製作.................................... 4
2-2 非彈性穿隧能譜理論
2-2-1 簡介..........................................10
2-2-2 彈性穿隧......................................12
2-2-3 非彈性穿隧....................................14
第三章 實驗製程與量測架設
3-1 製程設備......................................16
3-2 元件製作
3-2-1 製程技術.....................................24
3-2-2 製作流程...................................27
3-3 量測架設
3-3-1 電性量測...................................29
3-3-2 靜電捕捉...................................31
第四章 成果與討論
4-1 元件製作成果.................................32
4-2 Au-SiO2-Au結構分析...........................34
4-3 奈米懸空橋元件分析............................37
第五章 結論......................................39
參考文獻.........................................40

圖目錄
圖2-1-1 (a)兩交疊的金電極,交疊處約10奈米厚(b)利用電子遷移“燒斷“而成的奈米間隙電極(C)即時監控的量測結果的線路示圖........ 5
圖2-1-2 電鍍前(A)與電鍍後(B)之電極SEM圖。(C)電鍍及回饋控制電路示意圖.................................................... 5
圖2-1-4 左圖(a)鍍源與遮罩以及蒸鍍上之電極的幾何關係圖(b)立體示意圖。右圖為奈米間距電極的AFM影像圖.......................... 6
圖2-1-5 (a)(b)利用不同劑量過度曝光的方式所得到的奈米間隙電極SEM圖 (c)位置對與曝光強度關係圖,因鄰近效應使得非曝光的區域也可顯影出來,
中間深灰色區域為劑量不足之區域............................. 6
圖2-1-6 利用FIB所蝕刻出的奈米間隙電極...................... 7
圖2-1-7左為製作方法的示意圖,箭頭方向即為切割方向。右圖為實際樣品SEM影像................................................. 8
圖2-1-8此為利用化學氣像沉積製作的元件,左上與中央為示意圖,右上為SEM圖.................................................. 8
圖2-2-1-2 各研究範疇所需之外加偏壓........................11
圖3-1-1 Karl Suss MJB3 曝光對準機設備圖...................16
圖3-1-2 電子顯微鏡內部構造及電腦介面控制軟體示意圖...........18
圖 3-1-3 Hitachi S-3000H 掃描式電子顯微鏡.................18
圖3-1-4 Hitachi S-4300SE 場發射掃描式電子顯微鏡............19
圖3-1-5 Edwards AUTO 306 熱蒸鍍機........................20
圖3-1-6 射頻濺鍍機........................................21
圖3-1-7 掃描式探針顯微鏡工作原理示意圖......................22
圖3-1-8 Digital Instrument ⅢA 掃描式探針顯微鏡設備圖.......22
圖3-1-9 反應式離子蝕刻機裝置意圖............................23
圖3-1-10 TORR RIE-200 反應式離子蝕刻機.....................23
圖3-2-1 薄膜製作流程圖.....................................27
圖3-2-2 奈米懸空橋製作流程圖...............................28
圖3-3-1 I-V特徵曲線量測架設................................30
圖3-3-2 一次及二次微分電導量測架設..........................31
圖4-1 位於薄膜上奈米懸空橋,經由傾斜一角度後所拍攝之SEM 影像...32
圖4-2 位於薄膜上奈米懸空橋之TEM 影像,可見不同厚度之深淺對比....33
圖4-3 Au-SiO2-Au 結構電流-電壓特徵曲線.....................34
圖4-4 具有類似二極體之行為的電流電壓特徵曲線..................35
圖4-5 Au-SiO2-Au 結構電流-電壓特徵曲線.....................36
圖4-6 靜電捕捉(ET)時及時量測電極間之電流改變..................37
圖4-7 不同之夾層材料所對應的電流電壓曲線。左上方小圖中紅色曲線架構為
Au-Air-Au的I-V curve...................................38

表目錄
表3-2-1 光阻塗佈相關參數..............................24
表3-2-2 電子阻劑塗佈相關參數.........................25
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top