3-1 光微影
我們首先將矽晶圓洗淨，成長400nm 的氧化層，再把此晶圓用交大奈米中心的光罩 對準曝光機去曝光，光罩圖案是由AutoCAD 軟體畫好，曝光之後用電子槍沉積10nm 的 鈦和60nm 的金，鍍鈦的原因是因為金跟SiO2 的附著力不好，所以直接在基板上鍍金容 易使金從基板上脫落，而鈦對於基板即金的附著力都極佳可以用來讓金穩固的在基板上 面。
基板鍍完後再用丙酮舉離，之後再將整個晶圓切成7mm × 7mm 的大小(圖3-1)，之 後將7mm × 7mm大小的基板洗淨後，利用滴管把奈米線與酒精的混和液滴在基板上，再 用氮氣將酒精吹乾即可。
圖3-1 光微影Si/SiO2 基板 40µm
60µm
3-2 聚焦離子束技術 ( Focused Ion Beam )
將奈米線撒在SiO2基板上後，為了將奈米線連接到大電極上，我們利用聚焦離子束 技術來達成。我們交由貴重儀器中心的聚焦離子束與電子束顯微系統(FEI Dual-Beam NOVA 200)，可以同時製做電極與觀察，離子束是利用高電壓游離的鎵離子經過一系列 的電磁透鏡聚焦所形成。首先將含有鉑的氣體(CH3)3Pt(CpCH3)噴射至基板上方，再利 用加速至30 kV、10 pA 的離子束撞擊，如此將可以利用離子束帶有的能量打斷鍵結，
進而使鉑沉積在基板上，使鉑可以連接奈米線與大電極。如圖3-2 所示。
圖3-2聚焦離子束技術沉積白金表示圖
圖3-3利用沉積白金線連接奈米線與大電極示意圖 Ga+離子束
含 Pt 的混和氣體 電磁透鏡
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3-3 低溫電性量測與儀器介紹 3-3-1 靜電防護
由於我們所量測的奈米線非常細微，所以在奈米線的兩端只要有很小的電壓差就會 在奈米線上產生有很大的電流密度，很有可能因此導致奈米線燒毀，所以在利用聚焦離 子束技術將奈米線與大電極連接後，整個基板就像是一個微小且脆弱的元件，即使是周 遭環境常有的靜電都可能使奈米線燒壞，因此靜電防護對於量測奈米線是非常重要的，
主要採取措施如下 :
(1)樣品接上任何電錶前先把電源打開，以免開關時突然產生的電流傷害樣品。
(2)實驗時戴上防靜電手環，且靜電手環確實接地，使身上不帶有多於電荷。
(3)樣品未量測時存放在可導電的樣品盒內，使樣品得到屏蔽不受到外界的干擾。
(4)任何探針或電表在接上樣品之前預先接地，避免可能累積的電荷進入，尤其是尖狀 的物品特別容易有電荷的累積。
(5)準備與量測過程中所使用的低溫恆溫器外殼接地。
(6)避免實驗室過於乾燥使靜電不易產生。
(7)無論是否量測皆避免樣品搖晃震動。
3-3-2 強森雜訊 （Johnson noise）
強森雜訊是量測必會遇到的雜訊，目前我們無法藉由其他方式來消除強森雜訊，當 我們實驗所量到的雜訊大小和強森雜訊大小一樣時，便代表我們已經幾乎沒有其它多於 雜訊來干擾我們的量測，即量到的訊號便是樣品本身電性訊號。理論推導是用古典普郎 克的量子統計所得的，如下所示：
𝑃 = 4 𝐵 = 2𝑅 = 𝑟 2 (3-1)
𝑟 = √4 𝐵 n se a e as (3-2)
𝑟 = √4𝑘𝐵𝑅𝑇𝐵 n se rren as (3-3)
P ：強森雜訊所造成的功率 Vrms：量測電壓上的強森雜訊 Irms：量測電流上的強森雜訊 kB：波茲曼常數
T：溫度
B：量測時的訊號頻寬 R：待測物的電阻值
將上式取對數： 𝑟 = ns 12 𝑟 = ns 12 如下圖所示：
圖3-4 由於電表本身有輸入組抗與輸出組抗，所以可瞭解到電表量測上的極限。
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3-3-3 溫度計 (thermometer)
溫度計依制訂溫度的協定，可以分為兩種溫度計：
1. 原始溫度計 (primary thermometer)
原始溫度計是指可用來制訂溫度用的溫度計，且依據熱力學相關的理論式，來定作 出溫度的物理環境，故只要架設好是不需要經過校正。
2. 從屬溫度計 (secondary thermometer)
從屬溫度計是指大部分實驗室或是一般量測溫度時所用的溫度計。此溫度計有方便 使用、可覆線性、更敏捷感受溫度變化的特性，故從屬溫度計有大熱導、小熱容、優良 的熱接觸等特性，但最好必頇經過原始溫度計的校正。一般實驗室所用的從屬溫度計以 熱電偶溫度計及電阻式溫度計居多。其中電阻式溫度計主要以送電流量電壓或送電壓量 電流的方式來量測電阻，有以下幾種：鉑溫度計、二極體溫度計、鍺溫度計、碳溫度計、
碳玻璃溫度計、Cernox 溫度計、RuO2 溫度計。特性如下表所列：
表3-1 各種溫度計特性表
表3-2 本實驗室中各類低溫致冷器所搭配的溫度計
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圖3-5 二極體溫度計silicon diode DT-670-CU-13 外觀與裝置使用示意圖
圖3-6 外加電流為10μA 時，二極體溫度計量測電壓與溫度的關係圖
圖3-7 Cernox 溫度計的溫度與敏感度關係圖
3-3-4 掃描式電子顯微鏡
掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM)主要是由電子槍、電子 鏡柱、真空系統、腔體偵測系統、顯示及紀錄系統所組成。
(1)電子槍
利用高電壓(~108V/cm)或熱游離使燈絲在真空中放出電子，放出之電子強度即為 SEM 之主要光源。電子槍的必要特性是亮度要高、電子能量散佈 (Energy Spread) 要 小。而我們實驗室中型號JSM-7000 的SEM 是屬於場發射型，而JSM-6380 則是屬於熱游
由旋轉幫浦(Rotary Pump)及真空擴散幫浦(diffusion Pump)組成，真空度可達10-6torr。
此系統清潔與否直接影響到整個系統的真空度，故需經常保持這部份之清潔，使用時任
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X 光…等，而在SEM 上主要是偵測二次電子，及反射電子，以形成影像。
表面的二次電子被擊出時，其能量約 < 50eV。由於是低能量電子，所以只有在距 離試片表面約50~500 埃深度範圍內所產生之二次電子，才有機會逃離試片表面而被偵 測到。由於二次電子產生的數量，會受到試片表面起伏狀況影響， 所以二次電子影像 可以觀察出試片表面之形貌特徵。
當二次電子脫離試片表面時，二次電子偵測器(E-T detector)表面上的金屬網會通 以250V 正電壓，藉以吸引二次電子進入偵測器內撞擊閃爍器。因為閃爍器上含有Eu 可 將電子轉換成光子，這些光子經過光電倍增導管傳送並轉換放大成電子脈衝訊號(約放 大105-106 倍)後再經PC 處理後顯示在螢幕上，即完成二次電子成像。
圖3-8 電子顯微鏡示意圖 結構主要分成：
1. 電子槍 4. 腔體 2. 電子鏡柱 5. 偵測系統
3. 真空系統 6. 顯示及記錄系統
3-4 4He 低溫系統 (4He cryostat)
在實驗中常需要把溫度降到夠低溫去討論量測材料的特性，所以需要能夠降低溫度 且可以控制溫度的儀器，根據不同的致冷器所能到達的最低溫也會不一樣，我們實驗室 常用的致冷器有4He 致冷器、3He 致冷器，以及封閉循環致冷機系統，根據所想要的量測 溫度範圍，來選擇適合的致冷器，而我所使用的致冷氣為 : 4He cryostat
4He 低溫量測系統 : 在實驗過程所使用的冷原為液態氮或液態氦，而使用的熱源為
4He 低溫量測系統上的電阻式加熱器，用來調整量測時所希望的溫度，使我們能夠在特 定的溫度下做電性量測。4He 低溫量測系統上有設計一個外真空夾層系統，利用此系統 可以杜絕樣品和外界的熱傳導機制，它能使我們在低溫的情況下穩定控制住溫度，能夠 使樣品較不受外界環境的溫度干擾。4He 低溫量測系統上還有一個特殊的針閥設計，可 以控制機械幫浦抽進低溫氦氣的量，在改用液氦降溫時可以控制溫度降低的速率。在低 溫量測系統(cryostat) 中設計了兩個二極體溫度計，一個是在樣品座的上端，讓我們 知道樣品所處在的環境空間溫度；另一個則是在樣品空間底部，靠近液氦進入的地方。
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圖 3-9 4He cryostat 示意圖
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(b) 80 K ~ 4.2 K