分析儀器

3.2.1 場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM)

本實驗中所使用的場發射掃描式電子顯微鏡主要有三個來源，除了 FIB 內建的場發射掃描式電子顯微鏡之外，另外兩個機台的型號分別為 JOEL JSM 6500F(熱場發射式)與 JOEL JSM 6700F(冷場發射式)。

傳統掃描式電子顯微鏡是利用電子槍產生電子束，經過一組磁透鏡聚

3.2.2 原子力顯微鏡(AFM)

型號為Veeco Dimension 5000 Scanning Probe Microscope (D5000)。圖3.3 為AFM的工作原理示意圖，探針貼近試片表面時，探針與試片之間的作用 力大小反應於懸臂的形變上，導入雷射光束以偵測懸臂的形變量，經過放 大電路轉成電壓訊號後，利用回饋電路，使作用力在掃描過程中維持固定，

而記錄掃描器Z軸的變化，便可以得到等作用力的高度輪廓，加以X-Y掃描 器做探針-試片間相對性位移，即描繪出試片微區的表面形貌。經由表面形 貌數據的統計，可以計算出表面粗糙度、粒徑大小等參數。

圖3.3 AFM 的工作原理示意圖

3.2.3 高解析度 X 光繞射儀(HRXRD)

型號為Bede，D1。在本實驗中所要分析的試片為小於30 nm的薄膜結 構，因此採用的掃描方式為低掠角X光繞射法。X 光對材料的穿透深度與 sinθ /μ 成正比，θ為X光的入射角，μ是材料的線吸收係數，若1/ μ 值遠超 過薄膜的厚度，在這種情況下所測得之繞射訊號，薄膜僅佔有很低的比例，

甚至會被基板散射所產生的訊號所遮掩。因此，當待測物為薄膜結構時，

為了能獲得較佳的結果，必須利用低掠角X 光入射法來增強薄膜的繞射訊 號，如圖3.4 所示。在進行此項量測時，Ｘ光入射角很小(本實驗皆為0.5度)，

而且入射角必須固定，靠偵測器的轉動來擷取繞射訊號。由於入射角很小 因此大部分的訊號皆來自薄膜內部。

圖3.4 低掠角X光繞射法示意圖

3.2.4 X 光光電子能譜術

圖3.5 光電子產生原理的示意圖

3.2.4.2 化學位移

化合物中的原子因其價電子參與造鍵而有電子交互傳輸的現象，所以 就單一原子而言不呈電中性的狀態，陰電性強的元素因此具有負電荷，相 反的，陰電性弱的元素則具有正電荷。內層電子受此靜電場的影響使能階 產生了變化，帶正電荷的原子將導致其光電子動能減少，即內層電子束縛 能變大；反之帶負電荷的原子將導致其光電子動能增加，即內層電子束縛 能變小。

3.2.5 真空電性量測系統

圖 3.6 為真空電性量測系統，主要包括真空腔體、真空幫浦、真空計以 及電源供應器。真空腔體內的真空度可達到 8×10^-6。電源供應器的型號為 keithley 237，其量測解析度為 10fA，10µV，最大的量測電流和電壓分別為 10mA 與 1100V，另外由 Labview 軟體所寫的介面控制程式，可以控制定電 壓量測電流或改變電壓量測電流以得到所謂的電流-電壓曲線(I-V curve)。利 用真空電性量測系統可以量測本研究中SCE 元件的場發射電流。至於 SCE 元件點亮實驗所使用的電源供應器其型號為MATSUSADA, AU-10R6，最高 可以輸出10KV 的電壓，而最小的量測電流為 0.01mA。

(a)

(b)

圖3.6 真空電性量測系統(a) 真空腔體與真空幫浦，與(b) 真空腔體內部圖

第四章 FIB(focused ion beam)製作奈米裂縫與 SCE 元件