核-單層殼(core-monoshell)奈米粒子自組裝

4.3.1.1 SiO

2基板上的 APTMS 之覆蓋層數對金奈米粒子之熱

首先討論自組裝金奈米粒子沒有覆蓋 APTMS 的結構，如圖 4.5 所示，在熱處理 400℃情況下，粒子覆蓋密度可達 1.10×10¹²cm^-2以上，

粒徑大小為 5.8nm 左右，而熱處理 600℃以上，開始有明顯的團聚現 象產生，而在 700℃高溫熱處理以上，奈米粒子更為嚴重，粒子覆蓋 密度降至為 4.20×10¹¹cm^-2以下，而且粒徑增加到 12.3nm 左右。接下 來會針對覆蓋 APTMS 的結構來探討熱穩定之現象，若覆蓋一層 APTMS，如圖 4.13 所示，在 400℃情況下，奈米粒子覆蓋密度可達 1.01×10¹²cm^-2以上，粒徑大小為 6.3nm 左右，而經 700℃高溫熱處理，

粒子覆蓋密度降至 5.27×10¹¹cm^-2以上，而粒徑大小為 10.5nm 左右，

所以得知覆蓋一層 APTMS 沒辦法可以讓奈米粒子有穩定效果。再來 覆蓋二層 APTMS 之結構，如圖 4.14 所示，在 400℃情況下，奈米粒 子覆蓋密度可達 1.0×10¹²cm^-2 以上，粒徑大小為 6.8nm 左右，而在 700℃高溫熱處理，奈米粒子的覆蓋密度降至在 6.56×10¹¹cm^-2左右，

粒徑大小為 9.7nm 左右。最後是覆蓋四層 APTMS 之結構，如圖 4.15 所示，在 400℃情況下，奈米粒子覆蓋密度可維持在 1.03×10¹²cm^-2以 上，粒徑大小為 7.2nm 左右，在 700℃高溫熱處理得到奈米粒子的覆 蓋密度為 7.15×10¹¹cm^-2以上，粒徑為 8.6nm 左右。

藉由圖 4.16 進行討論和比較，在 400℃高溫熱處理情況下，覆蓋 APTMS 之層數對粒子覆蓋密度影響不大，而且可以維持在 10¹²cm^-2 以上，可以瞭解經由旋鍍法鍍製的 APTMS 對奈米粒子不致造成脫附 的負面現象產生，而從粒徑來看，覆蓋層數越多粒徑越大，所以我們 判斷這是覆蓋在金奈米粒子表面的 APTMS，經由高溫熱處理使

奈米粒子之結構，所以使覆蓋 APTMS 層數越多，使粒徑會有增大趨 勢，而且在來討論熱穩定性的現象，從熱處理 700℃情況下，覆蓋四 層 APTMS 有較好的熱穩定性，這應該是四層 APTMS 的包覆於金奈 米粒子比較完整也較厚的緣故。

4.3.1.2 HfO

2基板上的 APTMS 之覆蓋層數對金奈米粒子之 熱穩定影響

首先討論自組裝金奈米粒子，沒有覆蓋 APTMS 的結構，如圖 4.7 所示，在熱處理 400℃情況下，粒子覆蓋密度可達 1.02×10¹²cm^-2以上，

粒徑大小為 5.9nm 左右，而在沒有 APTMS 包覆下，在 600℃已經有 明顯的團聚現象產生，粒子覆蓋密度降至 7.0×10¹¹cm^-2左右，而粒徑 大小為 10.8nm 左右，甚至在熱處理 700℃情況下，粒子覆蓋密度降 至 5.30×10¹¹cm^-2左右，而粒徑大小大約為 11.1nm。接下來討論覆蓋 APTMS 層數對奈米粒子熱穩定性之影響，首先討論覆蓋一層 APTMS 之結構，如圖 4.17 所示，可得知在熱處理 400℃情況下，粒子覆蓋密 度可達 1.0×10¹²cm^-2以上，粒徑大小為 6.2nm 左右，而在熱處理 700℃

情 況 下 ， 奈 米 粒 子 才 有 明 顯 的 團 聚 產 生 ， 粒 子 覆 蓋 密 度 降 至 6.80×10¹¹cm^-2左右，而粒徑大小為 9.2nm 左右。而覆蓋二層 APTMS 之結構，如圖 4.18 所示，可得知在熱處理 400℃情況下，粒子覆蓋密 度可達 1.0×10¹²cm^-2以上，粒徑大小為 6.3nm 左右，而在熱處理 700℃

情 況 下 ， 奈 米 粒 子 才 有 明 顯 的 團 聚 產 生 ， 粒 子 覆 蓋 密 度 降 至 7.10×10¹¹cm^-2左右，而粒徑大小為 8.8nm 左右。而覆蓋四層 APTMS

度可達 1.0×10¹²cm^-2以上，粒徑大小為 8.8nm 左右，再來經過 700℃

以上高溫熱處理，奈米粒子也是會有明顯團聚現象產生，不過粒子覆 蓋密度可維持在 7.60×10¹¹cm^-2左右，粒徑大小為 7.9nm 附近

藉由圖 4.20 進行討論和比較，在 400℃高溫熱處理情況下，覆蓋 APTMS 之層數不會影響奈米粒子覆蓋密度，但是粒徑大小卻會提 高，這和先前討論一樣，應是覆蓋 APTMS 於金粒子表面，在經過高 溫熱處理後，形成金-二氧化矽之核-殼奈米粒子之結構，所以看起來 覆蓋層數越多，粒子粒徑會越大，因為加上二氧化矽殼所以較厚的緣 故，這會讓金奈米粒子熱穩定性更好，比較不會產生擴散，對奈米晶 體記憶體的製備會有更彈性的製程條件選擇。

4.3.1.3 HfO

2基板上不同覆蓋 APTMS 層數之 XPS 分析 本章節試著討論 APTMS 覆蓋於金粒子表面機制，首先我們猜測 覆蓋 APTMS 之過程，會有兩種組裝位置，第一種位置是藉由氨基吸 附在金粒子表面上，第二種位置是吸附在粒子和粒子間的 APTMS 基 板上。我們先探討自組裝金奈米粒子後，經由旋鍍法鍍製不同層數 APTMS，利用 XPS 分析 Si2p、N1s、O1s 及 Au4f 鍵結訊號變化，如 圖 4.21 所示；從 Si2p 訊號結果，如圖 4.21(a)所示，可以明顯看到沒 有覆蓋 APTMS 情況下，偵測到的訊號是很微弱的，而訊號主要應來 自金奈米粒子下方的 APTMS，再偵測覆蓋不同層數 APTMS 的試片，

其 Si2p 訊號強度會有明顯提升，代表 APTM 可以隨著組裝層數越多，

而有厚度的增加。從 N1s 訊號結果，如圖 4.21(b)所示，沒有覆蓋

來自金粒子下方的 APTMS，再偵測覆蓋不同層數之 APTMS 的試片，

則訊號強度和鍍製次數成正比關係。從 O1s 訊號結果，如圖 4.21(c) 所示，此訊號來源有兩個，(1) 金粒子下方的 APTMS 之 Si-O 訊號，

位於在 532 eV，(2) HfO₂基板的 Hf-O 訊號，位於在 530.4eV，所以沒 有覆蓋 APTMS 情況下，APTMS 的 Si-O 鍵量非常的少，主要以 HfO₂ 基板的 Hf-O 訊號為主，經由覆蓋不同層數之 APTMS 後，發現 Si-O 訊號和 Hf-O 訊號比例有明顯變化，從覆蓋四層 APTMS 後，可以看 出主要以 Si-O 訊號為主，這可以說明覆蓋的四層 APTMS 較厚，所 以基板訊號降低了。再來從 Au4f 訊號結果，如圖 4.21(d)所示，此訊 號來源當然就是金奈米粒子，而從結果看出，隨著覆蓋不同 APTMS 的層數，可以看出金奈米粒子的強度不會因為覆蓋次數的增加，而訊 號強度有降低之趨勢，這可能是 APTMS 組裝於金粒子表面的量是有 限的，所以導致金粒子的訊號強度不會因為覆蓋 APTMS 層數增加而 讓金的訊號有明顯的降低。為了探討 APTMS 在金粒子表面之吸附狀 態，我們針對在 Si/ SiO₂/ Ti/ Au film 基板上，覆蓋不同層數的 APTMS，使用 XPS 偵測 Si2p、N1s、O1s 及 Au4f 鍵結訊號，從結果 發現，覆蓋不同層數的 APTMS 在金膜上，如圖 4.22 所示，訊號強度 變化只有些微提升，所以 APTMS 吸附在金表面的量不會太多，而所 以我們認為覆蓋 APTMS 的步驟，主要組裝在粒子和粒子之間的 APTMS 之基板上，而在金粒子表面吸附的量，實際上可能只有薄薄 一層，固我們認為覆蓋 APTMS 的層數越多，而熱穩定性越好的原因 是粒子和粒子間的 APTMS 的量較多，熱處理過後 APTMS 分解形成

在文檔中 氨基矽烷輔助奈米粒子組裝在奈米晶體記憶體的應用 (頁 78-83)