本論文實驗分為兩部分，第一部分為新型陽極接合技術開發，其設備架構 示意圖，如圖 3-1 所示。試片主要以 borofloat 玻璃與矽晶片作為實驗基材， 先 利用硫酸加雙氧水進行試片前處理，再以常壓電漿(atmospheric pressure plasma, APP )進行試片接合試驗，調變常壓電漿之處理氣體、噴頭與試片之間距以及操 作電壓，以找尋出最適當之接合參數。整合接合之最佳參數後，再將傳統式之 陽極接合(anodic bonding, AB)與本研究開發之常壓電漿陽極接合(atmospheric pressure plasma anodic bonding, APPAB)進行接合時間及接合強度之比較與探 討。除了找出最佳參數及與傳統式的比較外，本研究將利用 APPAB 技術來進行 不同實驗基材的陽極接合與圖案化定義之接合試驗，以提升該技術之應用性。
第二部分將利用本研究所開發之 APPAB 技術，接合陽極氧化鋁(anodic alumina oxide, AAO)於玻璃基板上，再使用熱電材料(thermoelectric materials)與 電化學沉積(electrochemical deposition)技術，電鑄 n-type 碲化鉍(Bi2Te3)及 p-type 碲化銻(Sb2Te3)之熱電材料於 AAO 孔洞中，使熱電材料與 AAO 做結合，製作出 具奈米結構之微型熱電致冷晶片(micro thermoelectric cooler, TEC)，將利用熱電 材料之奈米結構(nano structures)來提升其熱電特性，其設備架構示意圖如 3-2 所 示。
3.1 實驗規劃
圖 3-3 為實驗流程圖，主要可分為新型陽極接合技術開發及微型熱電致冷 晶片製作兩大部分，以下將進行細項說明：
2與 500
12 mm)與不同接合電壓 (0.5 kV、1 kV、1.5 kV、2 kV、2.5 kV)，並利用剪 應力 (shearing stress)量測接合面之強度，以及利用本實驗所開發之二值化分 析軟體進行接合率的分析與比較，以找尋出最佳之接合參數。
(2) 找出最佳接合參數後，將利用四吋大小之矽晶片與 borofloat 玻璃，進行選 區圖案化定義之試驗。此外，還將與傳統式陽極接合進行接合時間與接合力 之比較。另外，本研究除了找出矽與玻璃之陽極接合的最佳參數外，還將提 升其應用性，將進行玻璃與矽鍍鎳基板(glass-Ni/silicon)、玻璃與玻璃鍍鋁基 板(glass-Al/glass)以及玻璃與 AAO 鍍鋁基板(glass-Al/AAO)之陽極接合試驗。
(3) 本研究除了將開發創新性陽極接合技術外，還將以此技術結合奈米模板與熱 電材料，製作做出具奈米結構之微型致冷晶片。表 3-1 與 3-2 為本實驗固定 之電鍍液配方，在一公升容積之小型電鍍槽中進行電化學沉積，電鑄 n-type Bi2Te3及 p-type Sb2Te3之熱電材料於 AAO 孔洞中，圖 3-4 為製作微致冷晶片 之流程圖。另外，本電化學沉積之研究所使用之藥品相關資料，整理如表 3-3 所示。
Silicon
Figure 31 Schematic framework diagram and practical equipments for APPAB.
Amplifier
Figure 3 2 Schematic framework diagram of electroforming equipment.
TEC device fabrication Atmospheric pressure plasma
assisted anodic bonding
Measurement of
thermoelectric characteristics Sample preparation
Request
Bonding strength analysis
1. Shearing stress test 2. Bonding ratio1. Process gas: CDA, N2, Ar, O2
2. Bonding distance: 0.3~1.2 cm 3. Bonding voltage
4. Bonding time
5. patterned of definition
1. Specimen: silicon and boro-float 2. Solution: H2SO4:H2O2 (3:1) 3. Time: 15 min
4. Thick: 500 m 5. Area: 2 cm2
Development of anodic bonding technique and application under atmosphere pressure plasma
Finish
1. Seeback coefficient 2. Conductivity 3. Thermal coefficient 4. Figure of merit
Figure 33 Flow chart of research for developing of anodic bonding technique and
Table 3-1 Chemical composition of Bi-Te electrolyte.
Composition Concentration
Nitric acid Bi2O3 powder TeO2 powder
1 M 7.5 × 10-3 M 10 × 10-3 M
Table 3-2 Chemical composition of Sb-Teelectrolyte.
Composition Concentration
Nitric acid Sb2O3 powder TeO2 powder Sodium Citrate
1 M 7.5 × 10-3 M 10 × 10-3 M 0.340 M
(a) AAO template
(b) Put the tool of defined bottom electrode on AAO
(c) Sputter Cr/Au on AAO
(d) Remove the tool
(e) Sputter Si3N4 on AAO
(f) Sputter Al on AAO
(h) Photolithography define the P-type
(i) Electroform the P-typ of thermalelectric material into AAO
(j) Remove the PR
(k) Photolithography define the N-type
(m) Remove the PR
AAO tool Cr/Au Si3N4 Al Soda lime PR P-type N-type
(n) Photolithography define the up electrode (g) Anodic bonding soda-lime
with AAO
(l) Electroform the N-typ of thermalelectric material into AAO
(o) Sputter Cr/Cu on AAO
(p) Remove the PR
Cr/Cu
Figure 3
4 Flow chart of manufacturing TEC device.
Table 3-3 Chemicals used in this study.
名稱 型號 製造商 代理商
光阻 AZ P4620 CLARIANT 景明化工有限公司
顯影液 AZ 400K CLARIANT 景明化工有限公司
丙酮 Acetone 日本試藥工業株式會社 昇鋐理化有限公司
檸檬酸鈉 Sodium Citrate 日本試藥工業株式會社 昇鋐理化有限公司
硝酸 HNO3 日本試藥工業株式會社 昇鋐理化有限公司
醋酸 CH3COOH 日本試藥工業株式會社 昇鋐理化有限公司
三氧化二鉍 Bi2O3 ACROS 景明化工有限公司
三氧化二銻 Sb2O3 ACROS 景明化工有限公司
二氧化碲 TeO2 ACROS 景明化工有限公司
3.2 實驗設備與檢測
之特性。利用圖 35 (b) Diener electronic 公司的常壓電漿系統，並利用其噴頭作 為本實驗所需之上電極，並且搭配圖 35(c)溫度感測器測得電漿之溫度。而電 濺鍍系統於陽極氧化鋁(anodic alumina oxide, AAO)表面上濺鍍鉻/金、鋁及氮化 矽層後，利用圖 3-5(b、d、e)之設備將玻璃與 AAO 接合起來，使 AAO 有玻璃 基板支撐，以免後續製程受到 AAO 易碎之特性所影響。接續著利用圖 3-6(b、c、d)之黃光微影設備，定義出 n-type 及 p-type 之電鑄窗口後，利用圖 3-6(e、f、g) 之電鑄系統，將熱電材料電鑄於 AAO 孔洞中，以完成 TEC。且利用圖 3-5(f)
Table 3
4 Experimental facilities.
濺鍍機 Psur-100HB Advanced systemtechnology 聚昌科技(股)
恆電位儀 Model 263A EG＆G 必穎科技(股)