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研究生:蘇睿智
研究生(外文):Rui-Zhi Su
論文名稱:使用電子斷層掃描技術微調奈米孔洞的表面和側壁結構
論文名稱(外文):Using electron beam tomography technique to fine-tune the surface and sidewall structures of fabricated nanopores
指導教授:吳憲昌
指導教授(外文):Cen-Shawn Wu
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:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:55
中文關鍵詞:氮化矽奈米孔洞斷層掃描聚焦電子束穿透式電子顯微鏡
外文關鍵詞:SiNnanoporetomographyfocused electron beamTEM
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本研究主要為利用高能量電子束於氮化矽薄膜上製作奈米孔洞並同時利用穿透式電子斷層掃描技術重建其三維結構。更進一步改變聚焦電子束的直徑與氮化矽薄膜的厚度,製造出側壁形狀不同的奈米孔洞,並重建出奈米孔洞的立體結構加以分析。在所有的實驗中(不同薄膜厚度、不同電子束直徑、不同洞徑),奈米孔洞均為上下兩凹陷區拼成,並呈現橫向對稱的沙漏形。但結構在Z方向上不對稱,沙漏形的脖子(奈米孔洞所在薄層)靠近電子束入射的方向約為總厚度的7~12%。本研究在三種厚度的氮化矽薄膜(30nm、75nm、110nm)製作奈米孔洞,並比較相對之厚度分析(thickness profile),觀察到凹陷區半徑和側壁角度(sidewall angle)隨薄膜厚度而上升。當薄膜厚度為110nm時,凹陷區半徑達90nm,側壁角度約55度。使用相同電子束條件,延長鑽孔時間在厚度75nm薄膜上鑽出直徑不同的孔,發現其三維結構只在接近洞口部份有所不同,洞徑較大者側壁角度較大,而遠離洞口處兩者皆約為46度。緊接著測試不同電子束直徑對奈米孔洞側壁結構的影響,發現凹陷區隨著電子束直徑擴大。固定氮化矽薄膜厚度為30nm,我們觀察到當電子束半徑50nm時,凹陷區半徑可達140nm,且中央薄處厚度小於8nm。本研究顯示,藉由調整聚焦電子束狀態與氮化矽薄膜厚度,可控制薄膜上奈米孔洞的三維結構及周圍凹陷區域的尺寸和厚度。希望能為需要控制奈米孔洞精密結構的工業設計與研究提供參考。
第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 5
第三章 斷層掃描影像重組概念 11
第一節 TEM的特性與應用 11
第二節 斷層掃描影像重建原理 15
3.2.1. 概述 15
3.2.2. Algebraic reconstruction techinques 15
3.2.3. Fourier method 16
3.2.4. Back-Projection Method 16
3.2.5. Weighted Back-Projection Method 19
3.2.6. R-Weighted Back-Projection Method 21
3.2.7. 重建解析度 24
第四章 氮化矽奈米孔洞的製備 27
第一節 實驗目的 27
第二節 實驗方法 27
4.2.1. 氮化矽薄膜製備 27
4.2.2. 聚焦電子束鑽孔 29
4.2.3. 拍攝一系列傾斜角度TEM照片 31
第五章 氮化矽薄膜上奈米孔洞的三維結構分析 33
第一節 氮化矽薄膜上奈米孔洞的三維重建 33
第二節 數據處理 35
第三節 實驗結果 36
5.3.1. 薄膜厚度對奈米孔洞結構的影響 36
5.3.2. 奈米孔洞直徑對結構的影響 40
5.3.3. 電子束直徑對奈米孔洞結構的影響 43
第四節 討論 48
第六章 結論與未來展望 51
第七章 參考文獻 53

圖目錄
圖 3-1 穿透成像投影示意圖。 13
圖 3-2 實際的 TEM照片。 13
圖 3-3 翻轉角度改變,使電子束路徑上吸收強度分布不同。13
圖 3-4 翻轉角度拍攝的 TEM影像。樣本旋轉軸垂直 Y軸14
圖 3-5 投影示意圖(90度) 18
圖 3-6 投影示意圖(45度斜 18
圖 3-7 背向投影成像展示 18
圖 3-8 背向投影成像展示,各組投影間密度分布不均 18
圖 4-1 雙層氮化矽薄膜的矽基板。 28
圖 4-2 使用光微影製程和活性離子蝕刻開出 750×750μm的正方形窗口 28
圖 4-3 使用氫氧化鉀蝕穿矽基板,使表層的氮化矽層懸空29
圖 4-4 使用聚焦電子束轟擊氮化矽薄膜 29
圖 4-5 穿孔的氮化矽薄膜 30
圖 5-1 三維重建流程圖 34
圖 5-3 薄膜厚度 110nm之奈米孔洞立體重建。 36
圖 5-4 薄膜厚度 110nm之奈米孔洞立體重建視差圖。右上方俯視 36
圖 5-5 薄膜厚度 110nm之奈米孔洞立體重建視差圖。左下方仰視 36
圖 5-6 薄膜厚度 75nm之奈米孔洞立體重建。 37
圖 5-7 薄膜厚度 75nm之奈米孔洞立體重建視差圖。右上方俯視 37
圖 5-8 薄膜厚度 75nm之奈米孔洞立體重建視差圖。左下方仰視 37
圖 5-9 薄膜厚度 30nm之奈米孔洞立體重建。 38
圖 5-10薄膜厚度30nm之奈米孔洞立體重建視差圖。右上方俯視 38
圖 5-11薄膜厚度30nm之奈米孔洞立體重建視差圖。左下方仰視 38
圖 5-12薄膜厚度對奈米孔洞結構的影響 39
圖 5-13薄膜厚度75nm,洞徑約 50nm之奈米孔洞立體重建。 40
圖 5-14薄膜厚度75nm,洞徑約 50nm之奈米孔洞立體重建
視差圖。右上方俯視 40
圖 5-15薄膜厚度75nm,洞徑約 50nm之奈米孔洞立體重建
視差圖。左下方仰視 40
圖 5-16薄膜厚度75nm,洞徑約 20nm之奈米孔洞立體重
建。 41
圖 5-17薄膜厚度75nm,洞徑約 20nm之奈米孔洞立體重建
視差圖。右上方俯視 41
圖 5-18薄膜厚度75nm,洞徑約 20nm之奈米孔洞立體重建
視差圖。左下方仰視 41
圖 5-19奈米孔洞直徑對結構的影響 42
圖 5-20薄膜厚度30nm,電子束直徑約 20nm之奈米孔洞立
體重建。 43
圖 5-21薄膜厚度30nm,電子束直徑約 20nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。右上方俯視 43
圖 5-22薄膜厚度30nm,電子束直徑約 20nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。左下方仰視 43
圖 5-23薄膜厚度30nm,電子束直徑約 40nm之奈米孔洞立
體重建。 44
圖 5-24薄膜厚度30nm,電子束直徑約 40nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。右上方俯視 44
圖 5-25薄膜厚度30nm,電子束直徑約 40nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。左下方仰視 44
圖 5-26薄膜厚度30nm,電子束直徑約 80nm之奈米孔洞立
體重建。 45
圖 5-27薄膜厚度30nm,電子束直徑約 80nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。右上方俯視 45
圖 5-28薄膜厚度30nm,電子束直徑約 80nm之奈米孔洞立
體重建視差圖。左下方仰視 45
圖 5-29薄膜厚度30nm,電子束直徑約 100nm之奈米孔洞
立體重建。 46
圖 5-30薄膜厚度30nm,電子束直徑約 100nm之奈米孔洞
立體重建視差圖。右上方俯視 46
圖 5-31薄膜厚度30nm,電子束直徑約 100nm之奈米孔洞
立體重建視差圖。左下方仰視 46
圖 5-32電子束直徑 100nm,每種顏色表示厚度 1.5nm。46
圖 5-33電子束直徑對奈米孔洞結構的影響,以凹陷區中央
為原點。 47
圖 5-34電子束半徑對奈米孔洞結構的影響,以奈米孔洞中
央為原點。 47
無表目錄


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