第三章 實驗步驟
3.2 感測元件製作
3.2.1 濺鍍系統簡介
本實驗的兩種薄膜是由反應式磁控濺鍍(Reactive Magnetron Sputtering)系統來製作，裝置如 Fig. 3.3。主要由 RF 產生器(RF generator) 、 匹 配 器 (Matching box) 、 磁 控 濺 鍍 槍 (Magnetron sputtering gun)、氣體流量計(Gas flow meter)、機械式真空幫浦 (Mechanical pump)、電容式真空計(Capacitance vacuum gauge) 、 加熱系統、溫度量測系統及真空室所組成。
RF 產生器操作為頻率 13.56MHz，經由匹配器自動控制將反 射功率維持於 0W，並將 RF 產生器產生的電磁場帶至濺鍍槍輸 出。氣體流量計控制濺鍍過程中所需氧氣(O2)與氬氣(Ar)的比例與 流量，機械式真空幫浦將真空室內氣體抽至 5 mTorr 以下，加熱 系統則將底座加熱至所需的濺鍍溫度及回火溫度。
五氧化二鉭濺鍍系統使用 2 英吋靶材，靶材至基板距離約為 7cm，氧化銥濺鍍系統則使用 1 英吋靶材，靶材至基板距離約為 5cm。二者真空室皆由 Pyrex 中空石英玻璃圓柱構成，尺寸為內 徑 20cm、高 30cm、厚度 0.5cm，在濺鍍槍與玻璃圓柱之間另外 置入石英罩，以方便真空室內的清洗。
3.2.2 濺鍍靶材
(1) 氧化銥
生產公司：PURE TECH INC.
密度：21.80g/cc
純度：99.95%
尺寸：直徑1吋，厚度0.125吋
(2) 五氧化二鉭
生產公司：PURE TECH INC.
密度：6.91g/cc 純度：99.99%
尺寸：直徑2吋, 厚度0.125吋
3.2.3 微電極晶片 V 形槽之製作
(1) 以鎢鋼筆將晶片切成 4.5mm×3mm 之晶方，如圖 Fig. 3.4(a) 所示。
(2)
將切好的晶方包覆白蠟，開出一個窗口如 Fig 3.4(b)所示(3) 先浸泡氫氟酸 24 小時,將表面上的一層氧化物除去
(4) 接著浸泡氫氧化鉀 72 小時候取出
(5) 利用丙酮去除白蠟，此形晶片 V 形槽製作完成，如 圖 Fig 3.4(c)
3.2.4 微電極晶片的清洗
(1)將晶方放入培養皿中，加入 DI water 以超音波震盪 10 分鐘。
(2)換一乾淨的培養皿內裝 DI water，將晶方放入再震盪 10 分 鐘。以上兩個步驟是為了先清除較大體積的灰塵。
(3)將晶方夾起用去離子水沖洗，用氮氣吹乾，放入裝有丙酮的 燒杯中，以超音波震盪 10 分鐘。
(4)將晶方夾起用去離子水沖洗，用氮氣吹乾，放入乾淨的燒杯 中，並滴入 H2SO4:H2O2=3:1 比例混和的溶液以超音波震盪 5 分 鐘，以除去白金表面上的氧化物與有機物，增加電極的導電度。
(6)接著將晶方用去離子水沖洗，用氮氣吹乾後放入 120℃的烤 箱烘烤 20 分鐘，去除晶方上的水分。
3.2.5 濺鍍薄膜製程
(1) 前置作業
a. 在顯微鏡下的觀測平台上放置一長寬各 7cm 的正方形銅片。
b. 將晶方放置於銅片上，在顯微鏡觀測下，將直徑 0.5mm 的 不銹鋼光罩，對準微電極陣列中的一個電極，直接覆蓋上去。
c. 以耐高溫的的膠帶黏貼在遮罩四周，以固定光罩在銅片上，
再將銅片放入氧化銥濺鍍系統的加熱平台上。
(2) 濺鍍氧化銥薄膜
a. 氧化銥濺鍍系統內，靶材距離基板 5 公分，打開真空幫浦 抽氣至 5mTorr 以下後，打開冷卻循環水，加熱基板溫度，
並使溫度保持在 80℃左右，以增加濺鍍薄膜的附著力。
b. 接著開始純化濺鍍腔，關閉閥門停止抽氣再通入氬氣至濺 鍍腔內，然後關閉氬氣並打開幫浦閥門抽氣，重複三次純 化的步驟盡量去除其餘的氣體。
c. 使用流量控制器調節進入系統裡的混合氣體，使濺鍍腔內 的氬氣與氧氣分壓比例維持在 50mTorr：50mTorr。
d. 調整 RF 產生器的輸出功率 60W 並開始濺鍍，濺鍍時間為 3 小時。
(3) 濺鍍五氧化二鉭薄膜
a. 在鍍好氧化銥的晶方上再次重複的遮罩固定的動作。這次 選用的不銹鋼遮罩直接將不需要的地方這蓋住，將其對準 已經鍍好氧化銥薄膜，要注意的是必須留點位置塗銀膠。
b. 將完成光罩固定動作的晶方放入五氧化二鉭濺鍍系統，加 熱基座在 40℃，經過 3 次濺鍍腔氣體純化後，維持氬氣與 氧氣流量比例 40mTorr：30mTorr，調整 RF 產生器的輸出 功率 110W 並開始濺鍍，濺鍍時間為 1 小時。
c. 整個元件剖面結構由上而下為
T2O5/IrO2/Pt/Cr/Si3N4/SiO2/Si(n-type)
d. 整個濺鍍流程如 Fig. 3.5 所示。
e. 結構圖如下頁 Fig. 3.6 所示
Fig. 3.6 元件結構