孔洞封合測試

孔 洞 封 合 測 試 中 所 使 用 的 儀 器 分 析 包 括 ： 熱 脫 附 常 壓 游 離 質 譜 儀(Thermal Desorption System, TDS)、歐傑電子能譜儀(Auger Electron Spectrometer, AES)與穿透式電 子顯微鏡(Transmission electron microscopy, TEM)。

(1) 熱脫附游離質譜儀：我們利用熱脫附游離質譜儀量測薄膜處理前後的吸水性 質，用以確定孔洞封合之程度。TDS目前可依操作壓力的不同而區分為低壓及高壓操作 兩大類。原理乃是熱脫附後之待測物質經電子撞擊游離，之後將其導入質譜儀中進行分 析。然而在低壓的操作環境下，因某些物質在未加熱前即脫附，或於密閉真空腔體中，

晶背上之污染物亦會在高溫低壓的環境下逸出而造成實驗的誤差。本實驗所使用機型為 Hitachi UG-400P，為常壓狀態下操作之類型，藉由通入的載氣(carrier gas, 如He, N2或Ar) 將晶片表面所脫附之物質帶入APIMS(熱脫附常壓游離質譜儀)系統中來進行分析，其靈

其中xyz可分別表示被游離電子、填補電洞的電子及成為歐傑電子的電子軌域代 號。如圖3-5所示。如上所述，要激發歐傑電子，就必須有三個電子參與生成機制，所 以氫與氦的原子序小於三，便無法產生歐傑電子【45】。由於不同原子具有不同的歐傑 電子之動能，所以可量測歐傑電子的動量、數量，來判斷試片原子的種類及含量。

圖3- 5 歐傑電子產生機制示意圖。

若再搭配離子束濺鍍試片，即可量測到不同縱深成份分析。當分析者一邊以電子束 激發歐傑電子，一邊利用離子束濺蝕試片，以便產生新的試片表面，每一新表面所測得 的歐傑電子能譜便可反應出試片內部不同深度之元素組成，當以試片縱深為橫軸，對各 元素原子濃度做關係圖，便可了解試片表面至內層的元素組成分布情形。

(3) 穿透式電子顯微鏡：我們利用穿透式電子顯微鏡對試片之劈裂面形貌作觀 測，分析試片經電漿處理後，其劈裂面形貌之變化。電子顯微鏡利用觀察樣品的電子 具有電磁波的特性，其波長與產生高能電子的加速電壓有關。當加速電壓為 5000 伏 特，波長約 0.5 Å(約為可見光波長的萬分之一)。以具有如此短波長的電子去觀察樣 品，可大幅提高顯微鏡的解析度，故可觀察到奈米材料。基本上，常用的電子顯微鏡 可分為兩種型式：一種是觀測樣品表面受高能電子撞擊下，激發產生的二次電子或背 射電子，稱為掃瞄式電子顯微鏡，如3.2.1 所介紹；另一種是觀測「穿透」樣品電子的 穿透式電子顯微鏡，用以觀察材料表面的立體顯微結構。

穿透式電子顯微鏡的儀器系統可分為四部份：

(1) 電子槍：有鎢絲、LaB6、場發射式三種(與掃描式電子顯微鏡相似)。

(2) 電磁透鏡系統：包括聚光鏡 (Condenser lens)、物鏡 (Objective Lens)、中間鏡 (Intermediate Lens)、和投影鏡 (Projective Lens)。

(3) 試片室：試片基座 (Sample Holder) 可分兩類：側面置入 (Side Entry) 和上方置入 (Top Entry)，若需作臨場實驗則可依需要配備可加熱、可冷卻、可加電壓或電流、可 施應力、或可變換工作氣氛的特殊設計基座。

(4) 影像偵測及記錄系統：ZnS/CdS 塗佈的螢光幕或照相底片。

其成像原理：由高電壓產生10 萬至 40 萬伏特的電壓，送到鏡筒上端的電子槍，

將燈絲產生的電子予以加速，經過電磁集中透鏡將電子束聚焦於樣品表面。當電子束 穿透樣品後，再通過物鏡、中間鏡及投射鏡等鏡頭逐漸放大至數十萬倍，達到成像系 統中後，可以在螢光屏幕觀察成像，或以相機拍攝照片，觀察奈米材料。