TEM AFM 分別將5 mg 的 PS、P4VP、PS-b-P4VP
用1 ml 不同的溶劑溶解均勻。
將溶解均勻的高分子溶液分別旋轉 塗佈在鋁電極和ITO 電極上，在真 空環境，150 ℃下退火三小時。
蒸鍍好鋁上電極，分別製備出 Al/Polymer/Al，ITO/Polymer/Al 兩種不同元件結構。
實驗流程
儀器分析
Cryogenics Probe Station
Semiconductor
Parameter Analyzer
3-2 實驗藥品與耗材
藥品/耗材 純度/規格 廠牌
Poly(styrene-b-4-vinylpyridine)， Mw：PS/P4VP=47600/20900 Polymer Science Inc.
PS-b-P4VP PDI：1.14
Polystyrene，PS Mw：13502 Pressure Chemical PDI：1.06
Poly-4-vinylpyridine，P4VP Mw：96200 Polymer Science Inc.
PDI：1.18
Chlorobezene，C6H5Cl HPLC/SPECTRO TEDIA 99.97%
Pyridine Anhydrous，C5H5N 99.9% TEDIA
SiO2 grown on Si wafer wafer diameter：100 mm Wafer Works Co.
Oxide thickness：~300 nm
Indium Tin Oxide，ITO resistance：15Ω UID Co.
ITO thickness：140 nm
3-3 材料製備
有機雙態記憶體中間的薄膜材料，分別選用均相高分子 PS (polystyrene)、
P4VP (poly-4-vinylpyridine)和自組裝塊式高分子 (self-assembled block copolymer) PS-b-P4VP (poly(styrene-b-4-vinylpyridine))去比較三者之間不同的記憶體特性和 元件上薄膜表面的形貌。
分別取 PS-b-P4VP、PS、P4VP 各 5 毫克放入樣品瓶中，在 PS-b-P4VP 和 PS 的樣品瓶中各加1 毫升的氯苯(chlorobezene)溶劑，在 P4VP 的樣品瓶中加入吡啶 (pyridine)溶劑，放入超音波震盪器中震盪 15 分鐘，使其溶解均勻，取孔徑大小 為0.45μm 的過濾塞，將三瓶溶液過濾後置於一旁備用。
3-4 元件製備
(1)將上層長有氧化矽的矽基板切成 1.5 cm × 1.5 cm 的大小，接著清洗乾淨，
清洗的步驟為，H2O：detergent (5:1) → H2O → Acetone → Methanol → Isopropyl Alcohol，每個步驟各 15 分鐘，清洗結束用高純度的氮氣吹乾，然後放在 150 ℃ 的加熱板上加熱 10 分鐘，使基材上的溶液確實去除乾淨，必免影響元件量測的 誤差和塗佈在基材上高分子薄膜的平整度。之後貼上光罩，在真空度達到2.0×10-6 torr 的環境下，利用熱蒸鍍的方法，以每秒 4.0Å 的蒸鍍速率，蒸鍍下電極(鋁)，
電極厚度為50 nm，之後在蒸鍍電極上的基板，旋轉塗佈準備好的高分子溶液，
PS-b-P4VP，PS 和 P4VP 以 3500 rpm 的轉速塗佈持續一分鐘，薄膜的厚度約 30 nm，接著將未完成的元件放在 150 ℃的烘箱，真空環境下退火 3 個小時，取出放 涼之後，以同樣的蒸鍍條件，蒸鍍上電極(鋁)，上下電極為交錯(cross bar)的結構，
作用面積為100 μm×100 μm。從材料製備到元件完成順序如圖 3-1(a)，元件結構 如圖3-1(b)。
(2)元件的清洗和製作方式和(1)完全相同。不同的是，基板換成已經鍍上厚度 約150 nm 的 ITO(Indium Tin Oxide)玻璃當作下電極，上電極則是直徑 100 μm 的 圓形鋁電極，作用面積為 4×π×(50 μm)2。從材料製備到元件完成的順序如圖 3-2(a)，元件結構如圖 3-2(b)。
(a)
(b)
圖3-1 (a)Al/PS-b-P4VP/Al 元件製作的流程與塊式高分子分別在溶液中和薄 膜時不同的形貌，(b)元件的俯視圖和構造圖。
(a)
圖3-2 (a)ITO/PS-b-P4VP/Al 元件製作流程與塊式高分子分別在溶液和薄膜時不 同的形貌，(b)元件的俯視圖和構造圖。
(b)
3-5 儀器與設備
儀器與設備 型號/出產公司
穿透式電子顯微鏡 Hitachi，H-600 (Transmission Electron Microscopy，TEM)
掃描式電子顯微鏡
(Scanning Electron Microscopy，SEM) JEOL，JSM-6500F&JSM-6700F
原子力顯微鏡
(Atomic Force Microscopy，AFM ) JEOL，JSPM-5200
低溫探針量測機台(Cryogenics Probe Station) LakeShore，VFTTP4
半導體參數分析儀
(Semiconductor Parameter Analyzer) HP，Agilent 4156C
熱蒸鍍機(Thermal Coater) ULVAC
旋轉塗佈機(Spin Coater) Laurell，WS-400B-6NPP/LITE
超音波震盪器(Ultrasonic Cleaner) DELTA，D150
真空烘箱(Vacuum Drying Oven) Channel，VO-30L
3-6 分析儀器運用與原理
3-6-1 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy，TEM)
穿透式電子顯微鏡的構造原理主要是鎢絲加熱到一定溫度後，電子經熱流跑 出來，加上電壓後，電子束往正極前進，經過很多個電磁場，使電子聚焦及放大，
最後成像於螢幕上。此儀器除了可用以鑑定物質的型態大小及內部細微結構外，
還可以做電子繞射，而電子繞射圖可用以觀測樣品的結晶度好壞及計算晶格數。
樣品製備：將預觀測的高分子溶於適當的溶液中，用滴管吸取適當的量滴在 鍍有多孔性碳膜的銅網上，然後快速的用拭鏡紙將多餘的溶液吸收掉，確保薄膜 為單層的結構，烘乾之後，利用碘蒸氣染色 30 分鐘，再將銅網放置至儀器的樣 品槽中，調整好儀器即可觀測。
3-6-2 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy，SEM)
電子源發射出電子束後，在真空電子槍下，經由掃瞄線圈，使電子束於試片 室內對試片表面作掃瞄，當電子束作用於試片表面時會激發出二次電子的訊號，
由試片室內之偵測器，偵測其訊號後經數位放大後在螢幕上顯像，是研究固體試 片表面形貌的有力工具。
樣品製備：將元件裁成適當的大小黏在具有導電功能的碳膠上，並固定黏貼 在特定的鋁盤上，將待測樣品鍍上白金後，再進行SEM 觀察樣品的表面形貌。
3-6-3 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy，AFM )
主要原理係藉由針尖與試片間的原子作用力，使懸臂樑產生微細位移，以測 得表面結構形狀，其中最常用的距離控制方式為光束偏折技術。AFM 操作模式 可區分為接觸式（contact）、非接觸式（non-contact）及間歇接觸式（或稱為輕敲 式，intermittent contact or tapping）三大類。AFM 的應用範圍十分廣泛，包括表 面形貌量測、粗糙度分析及生醫樣品檢測等。
樣品製備：將高分子溶在溶液中，利用不同轉速分別塗佈在不同的基材上，
烘乾之後，裁成適當的大小，黏在樣品台上，觀測其表面的形貌。
3-6-4 低溫探針量測機台(Cryogenics Probe Station)
包含有四個探針電極，元件完成後，可利用探針電極和元件的電極接觸搭配 半導體參數分析儀(Semiconductor Parameter Analyzer)調整不同的參數進行量測，
量測環境可以到10-5 torr，可使用變溫量測，變溫範圍可以從 4.2 K~400 K，量測 的面積大小，大約為直徑7 公分的圓。
3-6-5 熱蒸鍍機(Thermal Coater)
一個電阻加熱式的蒸鍍系統，高電流通過鎢舟，使鎢舟加熱到超過欲蒸鍍金 屬的蒸發溫度，使其蒸發。金屬蒸發而後冷卻，凝結於晶圓上面。從蒸鍍物的質 量，鎢舟與晶圓的距離，大致可推算出最後的沈積厚度，也可用質量偵測追蹤器 來監督。
樣品製備：將欲蒸鍍電極的元件，放入蒸鍍機的腔體中，放入金屬在鎢舟上，
設定鍍率4.0 (Å/sec)，蒸鍍電極的厚度 50 nm，等到腔體氣壓小於 2×10-6 torr 後，
開始鍍膜，加熱鎢舟並使金屬蒸發，而達成金屬薄膜沈積的目的。