利用電漿輔助氣相沈積及高溫化學氣相沉積二次成長奈米碳管

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研究生：	廖硯韜 Yen-Tao Liao
論文名稱：	利用電漿輔助氣相沈積及高溫化學氣相沉積二次成長奈米碳管 Synthesis of Secondary Carbon Nanotubes by PECVD and Thermal CVD
指導教授：	林滄浪 Tsang-Lang Lin
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	原子科學院 - 工程與系統科學系 Department of Engineering and System Science
論文出版年：	2007
畢業學年度：	96
語文別：	中文
論文頁數：	129
中文關鍵詞：	奈米碳管、電漿輔助離子蝕刻、分枝奈米碳管、電漿輔助式化學氣相沉積法、催化熱裂解化學氣相沉積法
外文關鍵詞：	Carbon nanotube, Plasma assisted ioning etching, Branched Carbon nanotube, Inductively Cupled Pasma CVD, Thermal CVD
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奈米碳管具有良好的的物理以及化學特性，具有廣泛應用的潛力，例如可作為場發射元件及半導體元件的導線連接(interconnect)應用。針對不同的應用，可以發展製作不同形態的奈米碳管如Y-字形奈米碳管、分枝奈米碳管(branched CNTs)，及懸空奈米碳管(suspended CNTs)等等。使用二次成長奈米碳管製程可以結合製程特性及不同尺度的碳管，發展出新的奈米碳管結構。目前成長奈米碳管普遍使用電感耦合電漿源輔助氣相沉積(PECVD)和高溫化學氣相沉積(thermal CVD)。本研究將分別使用這兩種機台二次成長奈米碳管。本論文實驗將分為三個部分。首先使用基本黃光製程製作出1 µ m X 1 µ m的鎳點，並使用ICP成長低密度多層壁奈米碳管，再使用電子槍蒸鍍5 nm厚的鎳薄膜在多層壁奈米碳管上，然後再次在其上成長二次奈米碳管。其次為利用整片鍍鎳矽基板在加了高偏壓電壓的電感式電漿源中長時間成長，利用電漿增強氫離子蝕刻和離子轟擊同時作用降低碳管密度及將碳管削成圓錐形，再鍍上不同厚度的鎳薄膜，以進行二次碳管成長。二次碳管的成長則分別使用電感耦合電漿源輔助氣相沉積及高溫化學氣相沉積。在適當的製程條件下，兩種方法都可成長出懸掛奈米碳管，經由拉曼光譜可確定所長出的為高品質奈米碳管。但使用高溫化學氣相沉積作二次成長，可發現所長出的懸空奈米碳管會有空中交叉、相連或成蛛網狀的結構。研究顯示在錐形的碳管上可成長出懸空奈米碳管，並且可形成多重交聯的結構。

第一章 緒論
         1.1前言.........................................1
    1.2 奈米碳管....................................2
    1.3 奈米碳管的合成
        1.3.1 電弧放電法.......................3
        1.3.2 雷射蒸發法.......................4
        1.3.3 化學氣相沉積法
                    1.3.3.1 熱裂解式化學氣相沉積法.......5
                    1.3.3.2 電漿輔助式化學氣相沉積法.....6
         1.4 奈米碳管的性質與應用
        1.4.1 奈米碳管的性質...................7
        1.4.2 奈米碳管的應用
            1.4.2.1 奈米導線..............9
            1.4.2.2 場效電晶體............9
    1.5 研究動機...................................10
    1.6 參考文獻...................................11
第二章 文獻回顧
    2.1 模擬多分枝奈米碳管.........................12
    2.2 碳灰中的多分枝奈米碳管.....................16
    2.3 利用基版上的紋路成長多分枝奈米碳管.........20
    2.4 利用氣相催化劑以及直立成長多分枝奈米碳管...29
    2.5 懸掛單壁奈米碳管
        2.5.1 懸掛單壁奈米碳管成長在Si柱上....35
        2.5.2 懸掛單壁奈米碳管成長在CNT上.....39
    2.6 參考文獻...................................42
第三章 研究方法與設備
         3.1 實驗設備
             3.1.1電感式耦合電漿源輔助氣相沉積法(Induce Couple Plasma CVD, ICP-CVD).............................43
             3.1.2 高溫爐化學氣相沉積 ( Thermal chemical vapor deposition, thermal CVD)..........................48
             3.1.3掃描式電子顯微鏡( Scanning Electron Microscopy, SEM ).......................................50
             3.1.4穿透式電子顯微鏡( Transmission Electron Microscopy, TEM ).......................................52
             3.1.5 微拉曼光譜儀( µ-Raman spectroscopy ).52
    3.2 實驗流程
        3.2.1 試片準備.............................56
        3.2.2 在試片上做1 µ m x 1 µ m的圖形........56
        3.2.3 成長多分枝奈米碳管...................58
    3.3參考文獻....................................59
第四章 結果與討論
       4.1 用基本黃光製成控制密度成長分枝奈米碳管.......60
    4.1.1 基本黃光製成.............................61
    4.1.2 蝕刻與過蝕刻.............................63
    4.1.3 成長多壁奈米碳管.........................66
    4.1.4 成長分枝奈米碳管(branched CNTs)..........68
       4.2 利用ICP CVD成長時間控制密度成長分枝奈米碳管
    4.2.1 電漿對於多壁奈米碳管影響.................72
    4.2.2 外加偏壓對於多壁奈米碳管影響.............73
    4.2.3 溫度對於多壁奈米碳管影響.................75
    4.2.4 C/H2對於多壁奈米碳管影響.................78
    4.2.5 時間對於多壁奈米碳管影響.................79
    4.2.6 總氣壓對於多壁奈米碳管影響...............83
    4.2.7 蒸鍍.....................................83
        4.2.7.1 溫度對於分枝奈米碳管影響...........87
        4.2.7.2 探討不同密度與不同厚度對於分枝奈米碳管影響.....90
        4.2.7.3 探討不同外加電壓與鍍不同厚度對於分枝奈米碳管影響...94
       4.3 成長懸掛(suspend)奈米碳管
    4.3.1 使用ICP CVD成長懸掛(suspended)奈米碳管...102
    4.3.2 使用Thermal CVD成長懸掛(suspended)奈米碳管..105
    4.3.3 成長氣體對使用Thermal CVD成長懸掛奈米碳管影響...112
    4.3.4 成長氣體對使用Thermal CVD成長懸掛奈米碳管影響...114
第五章    總結...........................................117
參考文獻................................................118
附錄....................................................120

                                

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