實驗結果與分析 - TiSi奈米線電子-聲子-雜質干涉效應之研究

一開始我們用電子束微影的方式，鍍上金來製作 TiSi 奈米線的電極，用兩點測量 TiSi 奈米線發現電阻很大(~10MΩ)，我們相信這不是單純來自 TiSi 奈米線，接著我們從 TEM 的照片發現 TiSi 的表面有氧化層，所以我們改用有侵入性的聚焦離子系統製作白金電極與 TiSi 奈米線接觸，這樣可以讓沉積的白金與內層未氧化 TiSi 直接接觸，一開始我們製作的樣品如圖 4-1，並用四點測量發現 TiSi 的樣品並不是金屬性(電阻率隨溫度下而下降)，測量的數據如圖 4-3 的 D、E，接著我們分析聚焦離子系統所沉積電極，

發現除了 Pt 還有碳，而單純測量沉積的電極，電阻率𝜌_𝑒𝑙(300 𝐾) ≈ 3000 𝜇𝛺，及殘餘電阻率比𝜌_𝑒𝑙(4 𝐾) 𝜌⁄ _𝑒𝑙(300 𝐾)≈ 1.7，這樣特性與[15,16,17]相當，我們了解到用聚焦離子系統做的電極，不是只將電極蓋在奈米線上，還會破壞我們的奈米線，使奈米線被打斷如圖 4-1，造成四點測量不只量到奈米線的本質，還量到白金的電阻，造成電阻率隨溫度下而上升，後來改成製作電極時只接觸到奈米線約一半如圖 4-2，就可以解決這個問題。

圖 4-1 FIB 白金線將奈米線打斷 SEM 圖及透視圖

我們分析三個 TiSi 奈米線樣品分別為 A、B 和 C，SEM 的照片分別為圖 4-4、圖 4-5、

圖 4-6，而每個都用聚焦離子系統製作白金四點電極並做四點量測，聚焦離子系統設定 Ga⁺離子束加速電壓為 30 keV、Ga⁺離子束電流為 10 pA，測量電阻隨溫度的變化從 300 K ~ 1.7 K，A、B、C 樣品使用 Current reversal method 測量，用 Keithley 220 送±100 nA，

Keithley182 測量電壓，從 SEM 的照片奈米線的直徑大約為 100 nm~200 nm。

從圖 4-7 可以看出 TiSi 奈米線外層大約有 10 nm 厚的氧化層，而表 4-1 樣品的直徑是從 SEM 圖測量後再扣掉大約 20 nm，從表 4-1 可以看出 TiSi 奈米線室溫電阻率大約 𝜌(300) ≈ 310‐ 350 μΩ‐cm，相較於塊材 TiSi 室溫電阻率𝜌(300) ≈ 60 𝜇Ω‐ cm [2]，我們測量到較低的殘餘電阻率比𝜌(300) 𝜌⁄ ₀ < 2，可以看出有 TiSi 奈米線有大量的缺陷，殘餘電阻率𝜌₀來自彈性電子和雜質散射，這樣的結果相較於從 X-ray Diffraction 和 HRTEM 的分析 [5,13]有很大的不同，從 X-ray Diffraction 和 HRTEM 的分析看到 TiSi 奈米線有很好的晶格結構但無法看到晶格的缺陷，事實上電子傳輸的測量在單晶奈米尺度下是很敏感測量缺陷的技術之一 [18,19,20]。

在標準電子-傳輸模型，金屬與溫度相依的電阻率，可以用 Matthiessen’s rule：

𝜌(𝑇) = 𝜌₀+ 𝜌_𝐵𝐺(𝑇) 來描述 [21] ，但是在有缺陷的金屬，實驗上有很多經驗與 Matthiessen’s rule 有偏差 [22]，最近，Reizer 和 Sergeev 提出這樣的偏差，來自彈性電子散射和電子聲子散射產生的干涉，而提出了新的電子-聲子-雜質干涉機制(𝜌_int) [7]。

我們用最小平方差法去擬合測量到的電阻率 𝜌(𝑇) = 𝜌₀+ 𝜌_𝐵𝐺(𝑇) + 𝜌_int(𝑇)，變數有殘餘電阻率𝜌₀、Debye 溫度、𝛽_int和𝛽_𝐵𝐺，圖 4-8、圖 4-9、圖 4-10 顯示的縱軸為

∆𝜌 𝜌⁄ ₀ = (𝜌(𝑇) − 𝜌₀) 𝜌⁄ ，橫軸為溫度 T，並且把實驗數據∆𝜌 𝜌₀ ⁄ 和𝜌₀ _𝐵𝐺⁄ 、𝜌𝜌₀ _int⁄ 、𝜌₀ (𝜌_𝐵𝐺+ 𝜌_int) 𝜌⁄ 分別的貢獻畫在一起。 ₀

性的特性延伸到較高溫有較高樣品也有較高的缺陷(𝜌₀)，圖 4-11 看到 C 樣品有很寬的範圍呈現線性~50‐ 140 K，B 樣品的線性範圍~40‐ 120 K。

表 4-1 指出我們擬合的參數𝛽_BG、、𝛽_int在三個樣品中有些不同，這些不同無法被現在的理論解釋，根據現在理論的了解兩個電子-聲子偶和的參數𝛽_BG、𝛽_int在低無序系統和無序程度無關 [7]，另一方面是否 Debye 溫度會跟樣品的無序程度有關(或著聲速是否與無序程度有關)並不清處 [24]，這些問題值得去探索。

0 6000 12000 18000 24000

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4

A B C



 / 

T

(K

)

圖 4-11 A、B、C 樣品∆𝜌 𝜌⁄ 對𝑇₀ ²作圖

在文檔中 TiSi奈米線電子-聲子-雜質干涉效應之研究 (頁 29-36)