奈米元件制備方法

圖 4.5 電子束微影製程流程圖。

(a)清洗基板(Cleaning)

將黃光微影完成的矽基板放置燒杯中，利用丙酮(Acetone)、酒精(ethanol)、去 離子水(DI-water)溶液序加入，在超音波震洗機中各震盪 10 分鐘，藉此清洗機板 上的污染物，最後利用高壓氮氣吹乾基板。

(b)光阻塗佈(Spin coating)

將清洗完成的基板，放置旋轉塗佈機上，用滴管吸取光阻劑(Polymethyl

methacrylate, PMMA,型號 950A5)滴於基板上，設定轉數第一階段轉數為 1500rpm、

15 秒，目的是使得光阻得以均勻分布；第二階段轉數為 5500rpm、35 秒，目的

(d)電子束微影(Electron beam lithography)

首先要先利用 AutoCAD 設計好所需要的電極圖形，我們實驗中所設計的圖

圖 4.6 電極設計圖。

(e)顯影(Development)

將曝光完成的基板浸泡於顯影液中(成分為甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone, MIKB):異丙醇(isopropyl alcohol, IPA)=1:3)，顯影時間為 60 秒，之後利用 異丙醇沖洗殘留的溶劑，最後以高壓氮氣將基板吹乾。光阻劑依感光物質可分為 正光阻與負光阻兩種，本實驗中所使用的 PMMA(Polymethyl methacrylate, PMMA, 型號 950A5)為正光阻，被電子曝光區域的光阻鍵結會被破壞，藉由顯影液可將 之溶解；而負光阻則會剛好相反，沒被曝光的區域會被顯影液給溶解。

(f)熱蒸鍍(Thermal evaporation)

首先清洗所要蒸鍍的 Ti 線、金錠和鎢舟，清洗步驟與步驟(a) 相同，將基板 黏至樣品載台上，面朝下，固定於腔體中，用擋板擋住；將欲蒸鍍靶材放置鎢舟 中，固定於腔體中通電流的銅柱上。

使用機械幫浦為前級幫浦將腔體抽至 3x10^-2 torr，再利用渦輪幫浦將腔體壓力 抽至 3x10^-6 torr，就可以開始蒸鍍。蒸鍍主要分成三次，空鍍 Ti 金屬、蒸鍍 Ti、

蒸鍍 Au，我們會將蒸鍍 Ti 與 Au 的速率分別為 0.5 Å /sec、1Å /sec，速率過快的 時候會導致薄膜品質較差，最後蒸鍍完成的厚度分別為 15 nm、150 nm。

(g)舉離(Lift off)

將蒸鍍好的基板，浸泡於丙酮溶液中，時間約為兩個小時，由於丙酮會溶解 光阻，所以浸泡過程將光阻去除的同時，也會使 Ti/Au 薄膜脫離，最後再使用丙 酮沖洗，再以高壓氮氣吹乾。

4.3.2 侷限錳摻雜硒化鉛奈米顆粒於電極之間

將完成的電極再做一次電子束微影的流程，但是這次並不需要蒸鍍金屬，只 需要將電極與電極之間的光阻去除，如圖 4.7，這一道製程目的是使得滴上奈米 顆粒後，只有電極與電極之間佈滿奈米顆粒，控制顆粒的面積，而非整個基板全 部都是顆粒，達到侷限的目的。

圖 4.7 光阻劑被去除後，剩下奈米顆粒佈滿於電極之間。

4.3.3 熱處理

我們所使用的高溫加熱爐為 Lindgerg 公司所出產的儀器，主要由加熱線圈、

石棉、溫度感測器所構成，如圖 4.8。我們將製作好的元件放置於石英載台上，

推進石英管中，再將石英管抽至真空為 10^-6 torr，接著設定加熱爐的目標溫度、

溫度上升速率、持續加熱時間，結束後，等待溫度回至室溫，就可以將元件取出。

圖 4.8 奈米元件放置於高溫爐管示意圖。

4.3.4 化學處理

將製作好的奈米元件，浸泡於體積莫爾濃度為 0.5 M 的聯氨(Hydrazine,N2H4) 溶液中，溶劑為乙腈 (Acetonitrile, C₂H₃N)，依據實驗需求浸泡不同的時間；浸 泡完成後，將樣品拿出以丙酮沖洗，最後再以氮氣吹乾元件。