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研究生： 徐永任
Yung-Jen Hsu
論文名稱： 以浸鍍法製作奈米金線
The Fabrication of Au Nano-wire by Immersion Plating
指導教授： 葉鳳生
Prof. Fon-Shan Huang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 電子工程研究所
Institute of Electronics Engineering
論文出版年： 2004
畢業學年度： 92
語文別： 中文
論文頁數： 43
中文關鍵詞： 浸鍍法 、奈米線 、金
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    • 摘要

    本論文為第一個使用浸鍍法(Immersion plating)去製作金的奈米線，利用電子束微影(E-beam lithography)來定義出單晶矽(c-Si)奈米線，使用浸鍍法來置換金的奈米線，我們使用不同的金莫耳濃度(3.8mM~1.1mM)、不同的氫氟酸(HF)莫耳濃度(495mM~49.5mM)和不同的溫度(室溫~70℃)來沉積金的奈米線；另外再以光學黃光微影來製作微米級的金導線，也是使用上述條件來沉積金的微米線，再使用掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)、掃描式探針顯微鏡(SPM)、HP5146、歐傑電子能譜(AES)，來暸解奈/微米導線表面形態、晶粒大小及型態和繞射晶相、電性、元素的縱深分佈與成分分析。
    由SEM知，當置換溶液溫度升高至70℃和HF濃度提高到495mM時，在短時間(10秒)的置換下就形成不佳的表面粗糙度，由SEM圖我們也可以知道置換出來的線寬在110nm到200nm之間；以TEM來分析，從繞射樣本來看，我們觀察為金的繞射樣本，並且可以看見晶粒大小(grain size)約為30nm；以電性方面來看，我們使用SPM來量測奈米線的電性，從Current mapping可見，Current mapping的電流分佈是零零散散的，表示線上電阻值之不均勻，它可能是奈米線的表面粗糙度和α-Si的存在（由微米線的分析），也會影響電性量測上的困難度增加；而微米線方面，導線的電阻率會隨著置換溶液溫度的升高和沉積速度的提高而下降，另外我們在微米導線的截面圖中發現，樹狀結構(dendrite)的形成，這是因為沉積速率太快所造成的；微米線上Auger的分析，可以發現有Si的存在，在TEM上並未發現有Si的繞射樣本，因此研判為α-Si，而且α-Si會隨著置換溶液溫度的升高，向外擴散的速度變快，增加金的生長速率。

    目錄 第一章 緒論……………………………………………………………1 第二章 矽上置換金導線沈積原理…………………………………....3 2-1 矽上置換金基本機制…………………………………….3 2-2 矽上置金種子層的沉積溶液的組成…………………….4 第三章 儀器與量測原理………………………………………………5 3-1 歐傑電子能譜 (AES)…………………………………...5 3-2 電流-電壓 (I –V) 曲線量測及分析……………………..6 3-3 電子束曝光系統 (E-beam)………………………………7 3-4 掃描式電子顯微鏡 (SEM)………………………………9 3-5 隧式電子顯微鏡 (HRTEM)……………………………..11 3-6 掃描式探針電子顯微鏡(SPM)…………………………..11 第四章 實驗樣品製作及量測………………………………………....15 4-1 樣品製作………………………………………………….15 4-1-1 奈米級金導線製作………………………………..15 4-1-1.1黃光微影定義奈米級導線……………....15 4-1-1.2奈米金導線製作…………………………16 4-1-2 微米級金導線製作………………………………..18 4-1-2.1晶片RCA清洗…………………………..18 4-1-2.2黃光微影定義微米級導線………………18 4-1-2.3微米級金導線之製作…………………....19 4-2SEM……..………………………………………………….20 4-3TEM…………………………………………………….......20 4-4電性量測測……………………………………………......20 4-4-1奈米級金導線之電性量測………………….............21 4-4-2微米級金導線之電性量測……………………….....21 4-5歐傑電子能譜 (AES)…………………………………......21 第五章 實驗結果與討論………………………………………………22 5-1 奈米級金導線……………………………………………22 5-1-1 SEM觀察…………………………………………22 5-1-2 TEM 觀察…………………………………………24 5-1-3奈米級金導線之電性量測…………………….….25 5-2 微米級金導線……………………………………………25 5-2-1微米級金導線之電性量測………………………..25 5-2-2歐傑電子能譜(AES)………………………………27 第六章 結論……………………………………………………………40 參考文獻..………………………………………………………………41 圖片索引 圖2-1 置換反應示意圖…………………………………………………4 圖3-1 歐傑電子激發機構示意圖……………………………………..6 圖3-2 向量式掃描與掃描式掃描之比較………………………………8 圖3-3 左圖為掃描式掃描，右圖為向量式掃描之立體示意圖………8 圖3-4 SEM之構造示意圖……………………………………………10 圖3-5場發射式電子槍結構示意圖……………………………………11 圖3-6 AFM量測原理圖………………………………………………..12 圖3-7 AFM的基本構造圖……………………………………………..13 圖4-1奈米級金導線製程圖……………………………………………17 圖4-2 導線樣品的光罩pattern圖…………………………………….19 圖5-1 樣品N-RT-1001-010 SEM圖………………………………….28 圖5-2 樣品N-RT-1001-030 SEM圖.....................................................28 圖5-3 樣品N-RT-1001-060 SEM圖..............…....................................28 圖5-4 樣品N-50-1001-010 SEM圖…………………………………..28 圖5-5 樣品N-70-1001-010 SEM圖…………………………………..28 圖5-6 樣品N-50-1001-030 SEM圖…………………………………..28 圖5-7 樣品N-70-1001-020 SEM圖…………………………………..28 圖5-8 樣品N-RT-1010-010 SEM圖………………………………….29 圖5-9 樣品N-50-1010-010 SEM圖…………………………………..29 圖5-10 樣品N-70-1010-010 SEM圖…………………………………29 圖5-11樣品N-RT-1010-030 SEM圖…………………………………29 圖5-12 樣品N-RT-0301-060 SEM圖………………………………...29 圖5-13樣品N-RT-0301-120 SEM圖…………………………………29 圖5-14 樣品N-RT-0301-180 SEM圖………………………………...29 圖5-15 TEM下看到的金導線................................................................30 圖5-16 金導線繞射樣本………………………………………………30 圖5-17 TEM下看到的金團簇…………………………………………30 圖5-18 金團簇繞射樣本………………………………………………30 圖5-19樣品N-RT-1001-060 (a)morphology及 (b)current mapping…31 圖5-20 樣品N-RT-0301-180 (a)morphology及(b)current mapping..31 圖5-21 樣品 M-RT-1001-120 I-V Curve……………………………..32 圖5-22 樣品 M-RT-1010-060 I-V Curve……………………………..32 圖5-23 樣品 M-50-1001-060 I-V Curve……………………………...32 圖5-24 樣品 M-50-1005-045 I-V Curve……………………………...32 圖5-25 樣品 M-70-1001-030 I-V Curve……………………………...33 圖5-26 樣品 M-70-1005-030 I-V Curve……………………………...33 圖5-27 樣品 M-70-1010-020I-V Curve………………………………33 圖5-28 微米導線線長 SEM圖……………………………………….34 圖5-29樣品M-RT-1001-120 SEM圖…………………………………34 圖5-30樣品M-50-1001-060 SEM圖………………………………….34 圖5-31樣品 M-RT-1001-120 OM Top-view………………………….35 圖5-32 樣品 M-RT-1010-060 OM Top-view…………………………35 圖5-33 樣品 M-50-1001-060 OM Top-view………………………….35 圖5-34 樣品 M-50-1005-045 OM Top-view………………………….35 圖5-35 樣品 M-70-1001-030 OM Top-view………………………….36 圖5-36 樣品 M-70-1005-030 OM Top-view………………………….36 圖5-37 樣品 M-70-1010-020OM Top-view…………………………..36 圖5-38樣品 M-RT-1001-120 Temperature dependent………………..37 圖5-39 樣品 M-RT-1010-060 Temperature dependent……………….37 圖5-40 樣品 M-50-1001-060 Temperature dependent………………..37 圖5-41樣品 M-70-1001-030 Temperature dependent………………...37 圖5-42 樣品 M-RT-1001-120 Auger原子百分比……………………38 圖5-43 樣品M-50-1001-060 Auger原子百分比..................................38 圖5-44 樣品M-70-1001-030 Auger原子百分比……………………..39 表格索引 表4-1 奈米級金導線樣品名稱及樣品製程條件……………………..16 表4-2 微米級金導線樣品名稱及樣品製程條件……………………..20 表5-1 置換奈米級金導線之線寬、厚度及SEM圖片編號…………22 表5-2 微米級金導線的線長、線寬、厚度及電阻率………………..26

    參考文獻

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