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研究生: 羅億丞
Yi-Cheng Luo
論文名稱: 銅奈米線嵌入在可撓式基板的研究
Copper Nanowires Embedded on Flexible Substrate
指導教授: 葉鳳生
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: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 80
中文關鍵詞: 奈米銅線置換可撓式基板聚亞醯胺對二甲苯的聚合物轉印
外文關鍵詞: copper nanowires, replcement, flexible substrate, polyimide, parylene, transfer
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  • 本論文主要在於使用電子束微影技術配合置換方法置換出銅奈米線,並將銅奈米線轉印在parylene/polyimde 基板上,同時比較轉印前後的表面和電性有何不不同。另外發展銅奈米線配合金屬光罩定義電極,直接使用probe station 作四點電性量測。
    首先,使用電子束微影在α-Si(400□)/Si3N4(500□)/Si 曝出奈米溝槽。在置換方法方面,置換條件為硫酸銅3g/L搭配HF 70c.c./L置換時間20s,得到寬110nm,厚80nm的奈米銅線。同時也把置換出來的銅線轉印在parylene/polyimde 基板上。在壓印壓力500psi,溫度150℃以及壓印壓力500psi,溫度150℃條件下成功轉印奈米線。並把轉印前後的銅奈米線作表面及電性量測,來比較兩者的不同。用C-AFM量出置換的轉印前銅奈米線電阻率1.01 X10-5 Ω-cm,轉印後的銅奈米線2.14~4.01 X10-5 Ω-cm。並把奈米線作了3M膠帶測試,在壓印溫度180℃的銅奈米線可通過測測試。
    為了改善C-AFM電性量測造成的接觸電組的誤差,使用奈米導線搭配金屬光罩定義電極直接在探針系統上測量到電阻率為7.24×10-6Ω-cm 。


    The E-Beam lithography combined with replacement method can be used to fabricate copper nanowires. The copper nanowires were then transferred onto parylene/polyimde substrate. The roughness and electrical characteristic of the copper nanowires were compared with that of the transferred copper nanowires. Meanwhile, intergrated copper nanowire with electrical pad by using metal mask, then performed electrical measurement characteristic on probe station.
    First at all, the nano trench was defined by e-beam lithography on α-Si(400□)/Si3N4(500□)/Si. And the copper nanowires were formed by replacement method. The plating solution were 3g cupric sulfate (CuSO4•5H2O) with 70cc HF/L. We can obtained the copper nanowires with width 110nm, height 80nm. The copper nanowire were then successfully transfer onto parylene/polyimde substrate with imprinting pressure 500psi, temperature 150℃ and imprinting pressure 400psi, temperature 150℃. The difference of surface roughness and electrical characteristic between copper nanowires and the transferred copper nanowires were also compared. We obtained the resistivity of nanowires by C-AFM. The resistivity of copper nanaowires is 1.01 X10-5 Ω-cm and the resistivity of transferred copper nanaowires is 2.14~4.01 X10-5 Ω-cm. The adhesion of cooper nanowires and transferred cooper nanowires were also tested by 3M. The transferred cooper nanowires which imprint temperature is 180℃ can pass the 3M test.
    In order to reduce the electrical measurement error of contact resistance by C-AFM, we developed the technique of copper nanowire integrated metal pad mask, then measured electrical characteristic on probe station. The resistivity of this method is 7.24 X10-6 Ω-cm.

    第一章 序論……………………………………………………..1 第二章 電子束微影與曝光技術…………………………………..4 2-1 電子束曝光系統…………………………………………….....4 2-2 影響解析度因素……………………………………………….7 2-3 光阻基本性質與特徵………………………………………….8 2-4 碳六十介紹……………………………………………………14 第三章 置換銅原理與軟性基板…………………………………….16 3-1 矽上置換銅機制與容易組成…………………………………16 3-2 PI 與parylene 基本性質特徵………………………………..18 第四章 實驗…………………………………………………………23 4-1 奈米溝槽製作………………………………………………….23 4-1-1 奈米溝槽製作流程………………………………………23 4-1-1-1 基板準備…………………………………………….25 4-1-1-2 電子束微影………………………………………….25 4-2 銅奈米線製作…………………………………………………..28 4-3 AFM量測樣品準備 …………………………………………..30 4-3-1 A1樣品的準備.......……………………………………30 4-3-2 A2 樣品的準備……………………………………………32 4-4 Probe station 量測的樣品製作………………………………37 4-5 奈米銅線的量測……………………………………………….42 4-5-1 掃描式電子顯微鏡(SEM)……………………………….42 4-5-2 原子力電子顯微鏡(AFM)……………………………….42 4-5-3 Probe station 四點量測……………………………..44 4-6 Group A2 3M膠帶測試…………………………………………45 第五章 結果與討論……………………………………………………46 5-1 Group A 的量測結果與討論……………………………………46 5-1-1 Group A1 與Group A2 SEM結果與討論………………46 5-1-2 Group A1與Group A2 AFM測結果與討論…………….52 5-1-2-1 AFM表面量測與結果分析…………………………..52 5-1-2-2 AFM電性量測與結果分析…………………………..58 5-2 Group B 的量測結果與討論……………………………………66 5-2-1掃描式電子顯微鏡…………………………………………66 5-2-2 Group B 在probe station 四點量測結果與討論……70 5-2-3 Group B 在 probe station可承受最大電流測試………73 5-3 Group A 與 Group B 電性比較………………………………74 5-4 Group A2 3M膠帶測試結果與討論……………………………75 第六章 結論………………………………………………………....77 參考文獻………………………………………………………………..79 表格索引 表2-1 設備上會影響阻劑靈敏度與對映比的參數…………………13 表3-1 Polyimide在不同溫度下的熱膨脹係數………………………19 表4-2 A1 參數與置換條件………………………………………….31 表4-3 A2壓印條件…………………………………………………..35 表4-3 Group B 之樣品參數…………………………………………39 表5-1 樣品 Group A1………………………………………………..47 表5-2 A2轉印參數與SEM量測結果……………………………………48 表5-3 A1-7CC-60nm量測結果................................59 表5-4 A2-500-150C與A2-400-180C量測結果........................................................59 表5-5 Group B SEM量測結果........................................................67 表5-6 Group B 四點電性量測.................... ..........................................................71 表5-7 B-7CC-80nm 最大電流測試........................................................73 表5-8 Group A1&A2 3M膠帶測試狀況........................................................75 圖片索引 圖1-1 金奈米線轉印流程圖……………………………………………………….2 圖2-1 典型的電子束微影系統示意圖…………………………………………….4 圖2-2 電子光學圓柱示意圖……………………………………………………….5 圖2-3 向量式掃描與掃描式掃描之比較………………………………………….6 圖2-4 左圖為掃描式掃描,右圖為向量式掃描之立體示意圖………………….7 圖2-5 電子束之散射效應示意圖………………………………………………….8 圖2-6 電子束鄰近效應修正…………………………………………………….....9 圖2-7 DSE1010阻劑轉速對厚度的關係圖,K′值為25437…………………..11 圖2-8 DSE1010阻劑顯影後的歸一化剩餘厚度與曝光時間關係圖……………12 圖2-9 C60奈米粒子團結構示意圖……………………………………………….15 圖2-10 (a)未經修飾阻劑(b)經修飾後阻劑………………………………………15 圖3-1 置換反應示意圖……………………………………………………………17 圖3-2 Polyimide 化學結構………………………………………………………..18 圖3-3 Parylene結構………………………………………………………………..19 圖3-4 Parylene崩潰電壓與厚度關係圖………………………………………….20 圖4-1 奈米溝槽製作流程圖………………………………………………………24 圖4-2 單一線寬layout…………………………………………………………….27 圖4-3 四點結構layout…………………………………………………………….27 圖4-4 奈米銅線置換流程…………………………………………………………28 圖4-5 A1奈米銅線置換流程……………………………………………..………30 圖4-6 A1 的AFM電性量測樣品製作……………………………………………31 圖4-7 奈米銅線轉印流程…………………………………………………………32 圖4-8 A2 的AFM電性量測樣品製作……………………………………………33 圖4-9 Parylene鍍膜成型方法……………………………………………………34 圖4-10 B製作流程圖-金屬光罩定義電極………………………………………...37 圖4-11奈米導線圖形(紫色)與相搭配的金屬光罩(綠色)…………………………38 圖4-12導電式原子力探針量測系統(C-AFM)……………………………………..42 圖4-13銅奈米線與電極的結構圖………………………………………………….44 圖5-1 e-beam曝出來的奈米溝槽…………………………………………………49 圖5-2 圖5-1 A1-7CC-60nm (a)俯視圖 (b)斷面圖…………………………..49 圖5-3 A1-7CC-60nm斷面圖………………………………………………………49 圖5-4 A2-500-150C (a1)10k倍率俯視圖(a2)70k俯視圖(a3)斷面圖 A2-400-180C (b1) 10k倍率俯視圖(b2)70k俯視圖(b3)斷面圖…………..50 圖5-5 博班學長許智傑奈米金線 (a)轉印前奈米金線斷面圖 (b) 轉印前奈米金線俯視圖(c)轉印後俯試圖…………………………….51 圖5-6 PI AFM表面型態圖……………………………………………………...53 圖5-7 parylene熱壓前AFM表面型態圖………………………………………...53 圖5-8 parylene熱壓後AFM表面型態圖………………………………………...53 圖5-9 A1-7CC-60nm 奈米銅線的(a)表面型態(b)Rms roughness………………56 圖5-10 A2-500-150c奈米銅線的(a)表面型態(b)Rms roughness………………56 圖5-11 A2-400-180c奈米銅線的(a)表面型態(b)Rms roughness…………………..56 圖5-12銅線與基板的高度(a) A1-7CC-60nm (b)A2-500-150C(c)A2-400-180C….57 圖5-13 A1-7CC-60nm (a) 每格5μm取電壓電流(b) 電阻-相對距離圖………...60 圖5-14 A2-500-150c-1 (a) 每格5μm取電壓電流(b) 電阻-相對距離圖………61 圖5-15 A2-500-150c-2 (a) 每格5μm取電壓電流(b) 電阻-相對距離圖………62 圖5-16 A2-400-180c-1 (a) 每格5μm取電壓電流(b) 電阻-相對距離圖………63 圖5-17 A2-400-180c-2 (a) 每格5μm取電壓電流(b) 電阻-相對距離圖………64 圖5-18 A2-500-150C 大電流測試………………………………………………..................65 圖5-19 A2-500-150C 因大電流而燒斷的情形………………………………….............................65 圖5-20 B-(a1)HF70CC -100nm (a2)80nm (a3) HF70CC 剖面圖 (b1)HF60CC- 100nm (b2)80nm (b3) HF60CC剖面圖……………...68 圖5-21 B-HF70CC-100nm 四點結構(a)1 k放大率 (b)10k放大率……………….69 圖5-22 B-HF70CC-100nm 四點結構(a)接點1 (b)接點2…………………………69 圖5-23 B-HF70CC-100nm…………………………………………………………..69 圖5-24 Group B HF70cc I-V圖 (a) B-7CC-100nm-20um(b) B-7CC-100nm-15um (c) B-7CC-80nm-25um……..........................72 圖5-25 Group B HF60cc I-V圖 (a) B-6CC-80nm-5um (b) B-6CC-100nm-25um………………………72 圖5-26 B-7CC-80nm臨界電流測試...............................................................................73 圖5-27 A1-7cc-60nm SEM圖(a)3M膠帶測前(b)測試後……………...…………..76 圖5-28 A2-500-150C SEM 圖(a)3M膠帶測前(b)測試後…………………………76 圖5-29 A2-400-180C SEM 圖(a)3M膠帶測前(b)測試後…………………………76

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