臺灣博碩士論文加值系統

本篇論文研究多壁奈米碳管與氧化鋅奈米柱，搭配電子束微影法製作奈米線場效電晶體。

我們製作的是屬於側向閘極的場效電晶體。樣品量測結果發現，多壁奈米碳管場效電晶體行為屬於P型場效電晶體，開關比為3.10，臨界電壓約為-1伏特。

我們在量測多壁奈米碳管的電性時發現，電流隨著偏壓呈現指數上升的情形，我們推測金電極與奈米碳管的接面是屬於金屬-半導體接觸中的蕭基接觸，進而發生類似二極體的行為，對此我們可以推斷，其多壁奈米碳管的半導體性質，並量測與推算出此二極體的逆向飽和電流約為0.5nA。

此外金屬性的多壁奈米碳管，經過四點量測，奈米碳管的單位長度電阻值約為每微米10.115千歐姆 。

另外我們也利用VSL法成長氧化鋅奈米柱，並利用掃描式電子顯微鏡、穿透式電子顯微鏡、X光繞射儀以及EDS，確定所生長的氧化鋅奈米線為沿著(002)生長方向的單晶氧化鋅奈米柱。並用氧化鋅奈米柱替代奈米碳管，製作場效電晶體。

In this thesis, we fabricated multi-wall carbon nanotube and ZnO nanorods field effect transistors(FETs) with electron beam lithography.

The FETs we make are kinds of measurements, we found out the multi-wall carbon nanotube field effect transistors are P-type FETs. The threshold voltage is around -1V. and the on-off ratio is around 3.10.

We also measured the electrical properties of multi-wall carbon nanotubes. The current is exponential growing with voltage. Detailed measurements indicates that the junction of gold and carbon nanotubes is Schottky contact. The MWCNT FETs has diode like behavior, which shows that the nature of multi-wall carbon nanotubes is semiconductor. Moreover the diode reverse saturation current is measured around 0.5nA.

In addition, with four point measurements, the resistance of metallic MWCNTs FETs is determined to be .

We also produce the ZnO nanorods by VLS method, scanning electron microscope、transmission electron microscope、X-Ray Diffraction、Energy dispersive spectrometer are used to determined the characteristics of ZnO nanorods. The rods show the growth along (002) direction. Finally we fabricated the ZnO-FETs.

致謝 I
中文摘要 II
英文摘要 III
目錄 IV
圖表目錄 VI
第一章 導論
1.1 前言 1
第二章 研究動機
2.1奈米碳管
2.1.1奈米碳管簡介 2
2.1.2奈米碳管之製備方法 5
2.2氧化鋅奈米線簡介與製備
2.2.1氧化鋅奈米線簡介 9
2.2.2 VLS法 10
2.2.3氧化鋅奈米線製備 11
2.3 場效電晶體 18
第三章 實驗步驟
3.1 製程簡介 21
3.2 電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope) 25
3.3 熱蒸鍍系統 37
3.4 電子束微影製程 39
3.5 製備奈米碳管及氧化鋅奈米線溶液 44
3.6 奈米線定位法 45
3.6.1 黃光電極定位法 45
3.6.2 固定點定位法 47
3.7 量測系統 49
第四章 實驗結果與討論
4.1 奈米碳管元件量測 50
4.2 氧化鋅奈米線量測 58
第五章 結論
結論與未來方向 60
第六章 參考文獻 61

圖目錄
第二章
圖2-1組成碳管之石墨烯結構 2
圖2-2 (a)扶椅型(Armchair)，(b)鋸齒型(Zigzag)，(c)螺旋型(chiral) [13] 3
圖2-3 Iijima 利用HRTEM 所拍攝的CNT 圖[2] 4
圖2-4碳奈米管螺旋向量(n, m)與其電性的關係圖[11-12] 4
圖2- 5電弧放電裝置示意圖[16] 6
圖2-6為雷射蒸發法示意圖[16] 8
圖2-7為wurtize結構[17] 9
圖2-8氣-液-固(VLS)法示意圖[17] 10
圖2-9 15nm金膜Anneal後之AFM影像 12
圖2-10 15nm金膜Anneal後之SEM影像 12
圖2-11 5nm厚之金膜Anneal後之AFM 影像 13
圖2-12 5nm厚之金膜Anneal後之profile 分析，寬度約為200nm，高度約為88nm 13
圖2-13退火及成長條件示意圖 15
圖2-14 成長氧化鋅奈米柱高溫爐裝置圖 15
圖2-15利用VLS法成長的氧化鋅奈米線之SEM影像 16
圖2-16氧化鋅奈米柱之TEM影樣以及EDS成分分析儀，確認為氧化鋅奈米柱 16
圖2-17 氧化鋅奈米柱之TEM選區繞射圖 17
圖2-18 氧化鋅奈米柱之X光晶體繞射儀，確認為氧化鋅奈米柱，晶軸方向為002。 17
圖2-19為一JFET示意圖 18
圖2-20 為一NMOS側視結構圖 20
第三章
圖3-1基板中間區域SEM照片[14] 21
圖3-2實驗流程圖 24
圖3-3為SEM結構圖[19] 25
圖3-4圖中可清楚看見FEG為了增強電場強度所做的針尖，相較於鎢絲，更容易放出電子。[18] 27
圖3-5為鎢絲[18] 27
圖3-6為場發射電子槍示意圖。 28
圖3-7為各式電子槍放出電子所需 28
圖3-8 各種像差示意圖[18] 30
圖3-9為電子束作用於試片 32
圖3-10為電子束在試片內作用體積與各種訊號產生深度[20] 33
圖3-11為二次電子偵測器之結構 34
圖3-12景深示意圖 36
圖3-13熱蒸鍍系統 38
圖3-14電子束微影設計之電極 39
圖3-15單層光阻與雙層光阻undercut示意圖 40
圖3-16利用電子顯微鏡拍下1600倍影像並利用繪圖軟體CorelDraw定位、繪製電極 46
圖3-17用DesignCAD軟體繪製出NPGS讀取的電極圖檔 46
圖3-18為定位金點的陣列圖形 47
圖3-19定位金點的示意圖，藍色部分為黃光電極 47
圖3-20定位金點完成圖 47
圖3-21 不同形狀之定位點設計 48
圖3-22 定位點完成圖 48
圖3-23 電阻量測電路圖[14] 49
第四章
圖4-1為元件SEM影像，以及所對應的I-V曲線。量測腳位為1-1-2-2。 50
圖4-2量測腳位為1-1-2-3的I-V曲線。 51
圖4-3量測腳位為1-1-3-3的I-V曲線。 51
圖4-4量測腳位為1-2-3-3的I-V曲線。 52
圖4-5量測腳位為2-2-3-3的I-V曲線。 52
圖4-6量測腳位依序為左上角元件的I-V曲線。 54
圖4-7多壁奈米碳管之場效電晶體SEM影像 55
圖4-8在不同閘極偏壓下IV曲線量測 55
圖4-9多壁奈米碳管場效電晶體 特性圖 56
圖4-10線脫離的情形 57
圖4-11多壁奈米碳管場效電晶體 57
圖4-12氧化鋅奈米線場效電晶體SEM影像 58
圖4-13氧化鋅奈米線場效電晶體SEM影像 59

表目錄
表1為各式電子槍各式數值







 

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