2-7.1 奈米碳管電晶體之直流電性分析
本論文所採用的直流電性分析儀器為安捷倫公司(Agilent)的半導體參 數分析儀，型號為 4156C，可提供電壓源及電流源來量測主動元件的電流 與電壓關係圖，並可長時間施予元件固定偏壓，作應力(Stress)量測。另外 也可鍵入函數方程式，使其可透過運算來進一步的處理數據，而量測腔體 的系統為交通大學電子研究所計測實驗室所有的Cascade Microtech 公司的
Microchamber 針測台，可提供 5 支探針及變溫量測用，其變溫的範圍為攝 氏 0 度至 300 度，並可在量測時於腔體中通入氮氣，防止水氣干擾量測。
故本論文可善加利用上述的功能進行元件的ID-VG及ID-VD特性量測、計算 元件的次臨界斜率及互導值(Transconductance)、電性應力法燒除金屬性奈 米碳管、元件的變溫直流電性量測。
2-7.2 奈米碳管之拉曼光譜分析
使用拉曼光譜分析(Raman spectroscopy)檢測奈米碳管的品質、直徑大 小、是否含有單層壁奈米碳管、金屬性奈米碳管及半導體性奈米碳管含量 的多寡、旋度(Chirality)已成為不可或缺的快速、便利分析工具。其原理簡 述為利用短波長之入射光(如 He-Ne laser 632.8nm)照射於試片上，入射光子 與試片表面原子之聲子(Phonon)將產生能量之交互作用，只需偵測反射光子 之波數(Wave number)，即可得知入射光子與反射光子之能量差，進而推算 出試片上的原子因共振所產生的拉曼聲子能量。對於奈米碳管而言，其拉 曼聲子光譜對於奈米碳管的電性、旋度結構上相當地靈敏。奈米碳管的共 振型拉曼聲子不但涉及聲子能階之躍遷行為，同時也涉及電子能階之躍遷 行為，此類同時包含電子及聲子躍遷的拉曼光譜，稱為電聲式躍遷(Vibronic transition)，也由於此種特徵，使得拉曼光譜隨著入射雷射光的能量不同，
而有一定的聲子共振行為。
2-7.3 奈米碳管之掃描式探針顯微鏡(SPM)分析
本論文利用 NDL 的大試片掃描探針顯微鏡(Veeco D5000 SPM)來進行 奈米碳管直徑分佈的分析，屬於非破壞性量測，其原理為當探針貼近試片 表面時，探針與試片之間的作用力大小將反應於懸臂樑的形變上，藉由導 入的雷射光束來偵測此形變量值，並將訊號送回到回饋控制電路處理 (Feedback control)，換算出等作用力的 Z 軸高低差，而將試片的表面的高低
差輪廓圖繪製出來，且由於 X、Y 平面在掃描時，探針針尖大於奈米碳管 的直徑，故奈米碳管在 X、Y 方向會有直徑擴大的現象，所以量測奈米碳 管直徑必須由Z 軸高低差來得知，不可使用 X、Y 方向的寬度來量測。
2-7.4 奈米碳管之高解析度穿透式電子顯微鏡分析
高解析度穿透式電子顯微鏡(HRTEM)之原理為入射高能量之電子，電 子與樣品間會產生彈性散射及非彈性散射，由彈性散射可得知材料內部之 微結構及原子結構；由非彈性散射可得知材料內部之成份及鍵結。本論文 透過 HRTEM 來分析單層壁奈米碳管之直徑及吸附於單層壁奈米碳管上之 二甲基甲醯胺(DMF)碳氫有機物。
2-7.5 Pd 源極、汲極之 XRD 分析
藉由交通大學奈米科技中心的高解析度 X 光繞射儀(High resolution X-ray diffractometer)可分析金屬源極/汲極在濺鍍完成後的晶相及高溫退火 後的晶相，而其晶相將會影響金屬電極的功函數值。XRD 的原理是根據布 拉格定律(Bragg’s Law) = 2dsinθ = nλ，其中 d 為晶格常數、θ 為繞射角、λ 為入射X-ray 的波長、n 為整數，若入射於晶格的 X-ray 光程差為波長的整 數倍時，此時將有建設性干涉產生，即繞射峰值出現，故針對於特定材料 的XRD 分析在特定的繞射角 θ 將有繞射峰值出現，即可判定材料的成分及 晶相。
圖2-1 長閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶體之剖面結構示意圖。
圖2-2 短閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶體之剖面結構示意圖。
圖2-3 濺鍍區域性背閘極時，光阻側壁為 Taper 的形狀。
圖2-4 使用光阻掀離法掀離出下閘極後，在下閘極邊緣所留下的金屬尖端 凸起。
(a)
(b)
圖2-5 區域性背閘極採用光阻掀離法製作時，下閘極邊緣所殘留之金屬尖 端凸起的SEM 俯視圖。
-6 -4 -2 0 2 4 6
local bottom-gated leakage local bottom-gated drain current圖2-6 採用光阻掀離法製作區域性背閘極奈米碳管電晶體的 ID-VG特性圖。
圖2-8 Carbolex 公司所提供之 AP-grade SWNTs 電子顯微鏡分析圖。
圖2-9 GSG Pad 之光罩設計示意圖，DUT 為奈米碳管電晶體元件區域。
圖2-10 下閘極介電層之光罩設計示意圖。
表2-1 區域性背閘極奈米碳管電晶體之下閘極及通道線寬。
LSD
LG 0.8 um 1.0 um 1.2 um
0.5 um S S S
0.7 um S S S
0.9 um L S S
1.0 um L L S
1.25 um L L L
LG代表下閘極線寬；LSD代表源極/汲極間距，即通道長 L 代表長閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶體
S 代表短閘極式區域性背閘極奈米碳管電晶體
圖2-11 兩種不同基板/下閘極/下閘極介電層之長閘極式及短閘極式區域 性背閘極奈米碳管電晶體的製程步驟示意圖。