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研究生: 夏德殷
論文名稱: 十八基三氯矽烷自組裝單分子膜在矽基板上的形成機制與局部改質方法
Formation and Local Modification of the Octadecyltrichlorosilane Self-assembled Monolayer on Silicon
指導教授: 果尚志
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年: 2004
畢業學年度: 92
語文別: 中文
論文頁數: 47
中文關鍵詞: 自組裝單分子膜原子力顯微鏡十八基三氯矽烷
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  • 目前我們在奈米世界中掌握的知識與技術,主要可以分為兩種方法。一種是由下而上(Bottom-up)的自組裝單分子膜(Self-assembled monolayer)機制,它讓我們只利用簡單的實驗步驟,就可使有機分子們自己組裝成較大且具規則的排列結構。另一種方法是由上而下(Top-down)的奈米微影(Nanolithography),而掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscopy)正是其中最有力的工具之一,它具備了在奈米尺度下製作出各種人工微細結構的能力。本篇論文嘗試結合這兩種技術,提出方法與步驟驗證其可行性。
    此次實驗主要利用原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope)這項儀器,分為兩個主題來做研究。在自組裝單分子膜的了解部分,我們觀察十八基三氯矽烷(Octadecyltrichlorosilane)在二氧化矽基板的初期成長模式,可以發現此有機分子從早期的碎形(fractal)結構成長到中期的島狀(island)結構,最後形成一整層自組裝單分子膜,此外,我們更試著探究不同濃度對成長模式的影響。
    接著我們利用原子力顯微鏡來當作微影工具,在掃描十八基三氯矽烷自組裝單分子膜表面時,加電壓差於針尖和樣品之間,使覆蓋自組裝單分子膜的矽基板產生陽極氧化(Anodic Oxidation)的現象,利用此現象我們做出了兩種應用: (1)若以氫氟酸(HF)做蝕刻,將可以做出奈米級的選擇性下凹蝕刻圖案。(2)對凸起的氧化圖形做一次親水性的處理後,就能在上面做出選擇性的二次吸附。
    利用此套步驟,若改變不同的有機分子,將能在未來組合操控出更多不同的奈米結構。


    摘要 誌謝辭 第一章 緒論………………………….……………………………………………..1 第一節 簡介..………………………………………………….…………………1 第二節 文獻回顧..…………………………………………….…………………2 第二章 相關理論的回顧……………………………………………………………7 第一節 有機薄膜的歷史……………………………………...…………………7 第二節 自組裝現象的原理…………………………………...…………………7 第三節 常見的有機單分子膜的製備方法…………………...…………………8 第四節 觀測自組裝單分子膜的儀器…………………………….……………10 第五節 有機矽烷在矽表面的自組裝單分子膜………………….……………11 第六節 十八基三氯矽烷自組裝單分子膜的成長模式與影響變因…….……13 第七節 掃描探針微影術與自組裝單分子膜……………………….…………14 第三章 實驗儀器與樣品準備…………………………….………………………16 第一節 量測原理…………………………………………….…………………16 1. 原子力顯微鏡成像原理…………………………….…………………16 2. 側向摩擦力成像原理………………………………………………… 19 第二節 儀器裝置………………………….……………………………………20 1. 可變溫原子力顯微鏡裝置………………………….…………………20 第三節 樣品製備……………………………………………….………………23 1. 化學藥品……………………………………………….………………23 2. 矽基板的準備………………………………………….………………23 3. 十八基三氯矽烷溶液的準備………………………….………………23 第四節 實驗步驟…………………………………………….………………...23 第四章 實驗結果與分析……………………..…………………………………...25 第一節 十八基三氯矽烷自組裝單分子膜的成長過程觀察…………….…...25 1. 隨時間改變的成長變化……………………………………….………25 2. 不同濃度下的比較…………………………………….………………32 第二節 十八基三氯矽烷自組裝單分子膜的原子力顯微鏡氧化現象觀察…36 1. 原子力顯微鏡所造成的氧化…………………………….……………36 2. 電壓大小對氧化的影響………………………………….……………39 3. 掃描速度快慢對氧化的影響………………………….………………40 第三節 原子力顯微鏡氧化圖案之後的選擇性吸附研究…………………….41 1. 實驗步驟說明…………………………………………….……………41 2. 實驗結果討論…………………………………………….……………42 第五章 結論…………………………….…………………………………………47 參考資料

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