3-1 樣品製作
首先我們先委託奈米中心，在矽基板表面利用濕式氧化法長 500nm 的二氧化矽氧化 層(圖 3-1-2)，以確保良好的絕緣性，並利用 AutoCAD 設計光罩圖案，委託奈米中心利 用雷射圖形產生系統製作成光罩，最後利用光微影製程技術，將光罩圖案顯影在氧化層 上，蒸鍍上 10nm 的鈦與 60nm 的金，由於鈦的附著能力較強，所以利用鈦在二氧化矽 與金之間當作附著層(buffer layer)，接著再利用丙酮舉離，最後切割成我們所需要的單 位大小(圖 3-1-1)，因為光微影製程可大範圍的製程出許多電極圖案，但奈米中心的雷射 圖形產生系統，最佳準確值為 5 微米，所以我們先利用其優點製作出許多同圖案的基板，
再利用相對精確的電子束微影做出小 5 微米的電極。
圖 3-1-1 Si/SiO2 基板 灰色圖塊為 Ti/Au 電極
接著我們將已長有 RuO2奈米線的基板，覆蓋至光微影製程後的二氧化矽基板上，
因為曝光時間會與曝光面積成正比，故我們希望奈米線離中間八根電極不要太遠，因此 我們盡量在中間位置輕壓，則奈米線會因凡德瓦力附著至二氧化矽基板上，在此步驟必 7mm
7mm
7mm
7mm
須注意壓基板的力道大小，力道太小則奈米不易附著至基板上，反之，如力道太大，則 有可能會將光微影所鍍上的金膜損壞。
然後我們要利用場發射掃描式電子顯微鏡(FE-SEM) ，尋找奈米線所掉落的位置並 以 1800 倍率掃描出圖檔，我們尋找的奈米線大小約為直徑 40 奈米至 150 奈米，長度約 為 3 微米至 8 微米，然後我們利用 Glass2k 的軟體，此軟體是可將電腦視窗半透明化的 工具，因此我們將電子顯微鏡所掃描的 AutoCAD 半透明化，再利用 AutoCAD 軟體將奈 米線所在位置畫出來，然後我們利用 AutoCAD 畫出光微影所製造的電極與奈米線之間 的連接電極，再利用電子束微影軟體將 AutoCAD 檔案轉出電子束奈米微影系統軟體可 接受之檔案。
以旋轉塗佈機在基板上塗上一層電子阻劑聚甲基丙烯酸甲酯(950WM PMMA A5)，
此材料是由感光劑、樹脂及溶劑所構成，旋轉塗佈機的旋轉速度我們將設定兩階段，首 先 1500 轉/秒，轉 15 秒，此步驟是為了甩掉基板上過多的電子阻劑，接著 5500 轉/秒，
轉 35 秒(圖 3-1-5)，此步驟目的是要塗佈出想要的厚度 250nm 到 300nm 左右，之後我 們將圖上電子阻劑之基板放置加熱板上加熱 180 度一分鐘，此過程為軟烤，其目的是為 了將電子阻劑中的溶劑蒸發，經軟烤後原為液態之阻劑將成為固態的薄膜，且可加強阻 劑基板的附著力。(圖 3-1-6)
接著我們將利用電子束微影系統，將我們所繪製的電極圖案曝光在電子阻劑上，電 子束微影軟體會依照光微影所製作上的方塊定位，並依照檔案指令移動至我們欲曝光之 位置，然後電子束會依照圖塊放射固定電流曝光(圖 3-1-7)，接著我們將基板放置顯影劑 中一分鐘，我們使用的顯影劑為甲基異丁酮(MIBK)與異丙醇(IPA)1:3 調配，顯影劑會與 曝光後的電子阻劑產生化學反應，之後再將基板泡至純異丙醇中 30 秒，此目的是將曝 光圖塊顯影後的電子阻劑清洗掉，此時基板上的電子阻劑會留下我們欲鍍金膜的圖塊，
(圖 3-1-8)而電子阻劑邊緣會有 under cut 的效果產生，如果此效果明顯會使最後在舉離 時的丙酮較易滲透進電子阻劑，且較不會有金膜翹邊的的形成。
此時，我利用熱蒸鍍機鍍上金屬電極，此為物理氣相沉積法(PVD)的一種，首先我 先將我們欲蒸鍍的材料放置鎢舟上，將基板朝下放置鎢舟正上方，將蒸鍍機腔體抽至
6torr 10
2 ，蒸鍍上 10nm 的鉻與 90nm 的金(圖 3-1-9)，鉻的功用與光微影的鈦相同，
接著再將樣品泡入丙酮裡 12 小時，丙酮會將金屬膜與二氧化矽基板之間的電子阻劑溶 解，並將非電極以外的金膜分離(圖 3-1-10)，樣品也製作完成(圖 3-1-11)。
3-1-1 樣品製作程序
圖 3-1-2 委託奈米中心將矽基板表面氧化 550nm
圖 3-1-3 委託奈米中心利用光微影製程，製作 5 微米以上電極
圖 3-1-4 利用凡德瓦力將奈米線附著至基板上 SiO2
Si
電極
奈米線
圖 3-1-5 旋轉塗佈機工作方式與轉速對時間之關係
圖 3-1-6 利用旋轉塗佈機，塗上電子阻劑(PMMA)
圖 3-1-7 利用電子束微影系統，將連接大電極與奈米線之圖塊曝光 PMMA
小電極圖塊
依序為金屬膜、PMMA、SiO2
圖 3-1-8 浸泡入顯影液一分鐘，將曝光之區塊 PMMA 侵蝕
圖 3-1-9 放入蒸鍍機，鍍上金屬薄膜
圖 3-1-10 將蒸鍍後的樣品放入丙酮溶液中，將 PMMA 舉離，
此時 PMMA 會將多餘金膜帶走。
PMMA 侵蝕後之凹陷
PMMA 與其上方之金膜
圖 3-1-11 樣品完成虛擬圖
3-1-2 掃描式電子顯微鏡
掃描式電子顯微鏡主要是由電子槍、電子鏡柱、真空系統、腔體偵測系統、顯示及 紀錄系統所組成。
電子槍
利用高電壓或熱游離史登斯在真空中放射出電子，放出的電子強度及為主要光源。
電子槍的必要特性是高亮度以及散佈範圍小的電子能量。而我們實驗室中有兩種形式的 顯微鏡，一為型號 JSM-7000 的場發射式，另外一台為型號 JSM-6380 此型號是屬於熱 游離式。
電子鏡柱
電子槍發散出來的電子由兩組透鏡聚焦，另外也可以用來控制電子束的尺寸，掃描 線圈的作用在偏折電子束使其能在試片的表面做二維的掃描工作。電子束經過物鏡就如 同光學顯微鏡原理一樣，但此時是調整相圈所造成的磁場來控制電子束做最後的對焦動 作，完成對焦之後，即可進行最後的轟擊試片表面。
真空系統
為了電子束在發射出時不受干擾，所以保持整個系統的真空狀態長時間處於高真空 度，是很基本的要求。由迴轉幫浦及真空擴散幫浦組成，此配備可使真空度達到106torr 此系統清潔與否會直接造成整個系統的真空度好壞影響，所以除了定期維護保養，平常 操作中任何可能減低真空度的物質也要避免放入腔體中。
偵測系統
樣品台有外控之水平、垂直、旋轉、高低之調整鈕。這裡可以增加偵測器或其他特 殊功能之組件如 EDS、EWDS、CL、E-Beam writer。電子束照射樣品所造成之反應訊號，
可裝置不同偵測器檢收，我們常用的是二次電子偵測器，被像散射電子偵測器。
顯示及紀錄系統
電子顯微鏡之顯示系統是利用陰極射線管(CRT)偵測系統在樣品上做二維的掃描並 且此動作與 CRT 上的掃描動作同步。電子被偵測後，經過訊號處理放大後送到 CRT，
表面的形貌與特徵可藉由此種同步成像的方式顯現出來。
3-1-3 熱蒸鍍機操作
熱蒸鍍機(圖 3-1-12)是將欲蒸鍍之材料放置熔點較高之鎢舟上，為了避免蒸鍍環境 有太多不必要的汙染，且確保材料源到基板途中與空氣粒子有過多碰撞，因此蒸鍍過程 必須在高真空的環境之中加熱，使材料蒸發或是昇華並以球狀分佈到基板上。
蒸鍍前，我們必須先利用酒精和丙酮將蒸鍍腔體擦拭，清除顆粒較大之粒子。接著 放上鎢舟，此時須保持鎢舟之水平，如果鎢舟傾斜有可能會導致蒸鍍結果失敗，放欲蒸 鍍之材料於鎢舟中間，以確保加熱均勻。最後將基板放置支架上，擺放支架需檢查基板 是否於蒸鍍源之正上方，最後要確認擋板開關位置是否有到位。以上準備步驟完成後，
並關上腔體進行抽真空。
真空系統如圖 3-1-13，在準備步驟時，我們可先將機械幫浦(MP)與 1 號氣動閥(V1) 打開，等渦輪分子幫浦(TB)內部壓力小餘102torr時，我們即可打開 TB 熱機。接著，
在完成準備工作後，我們須先關掉 V1 在打開 V2，利用 MP 抽處於一大氣壓下的腔體，
再抽大腔體之時，必須隨時注意 TB 的壓力是否小於10−2torr，如果小於此值，必須切 換為 V1 抽 TB 真空，等腔體真空度小於5 × 10−2torr時，則須開 V1 與 V3 進行抽高真 空階段，此狀態持續約 3~4 小時後(依腔體內部乾淨而有所不同)，等真空度達到 3 × 10−6torr以下，則可以進行蒸鍍。
蒸鍍時，需緩慢的加大鎢舟電極的電壓，每個蒸鍍材料會因其熔點或昇華溫度與使 用的鎢舟大小，而需不同功率，加大電壓同時須觀察膜厚計是否有速率，如有動靜，表 示蒸鍍材料以達到蒸鍍溫度，此時只需微調電壓至欲蒸鍍速率即可打開擋板開始蒸鍍，
蒸鍍到預期之厚度，則需先關擋板再降電壓。
蒸鍍完成之後，需先關掉 V3 與 TB，使 TB 之轉速在10−2torr的真空度下自然減速，
此時樣品也須等待一個小時冷卻之後再取出，並放入丙酮舉離，為了避免舉離失敗，我 們會將樣品放置丙酮裡浸泡十二小時，確保丙酮完全滲透進電子阻劑裡，並將金膜完全 分離，如果在最後還是有金膜殘留並將電極連接，我們將會使用超音波震盪機將多餘金 膜震掉，此方法較為劇烈，所以只需幾秒鐘的時間，時間過久，可能也會將原本想留下 來的金膜也震掉。
圖 3-1-12 蒸鍍機示意圖
圖 3-1-13 真空系統示意圖
3-2 樣品與低溫系統連結
本實驗室原本放置樣品的準備過程是先將樣品透過銀膠連上銅線之後，等銀膠水分 揮發後，再利用纏繞的方法將銅線與低溫冷卻系統樣品座的訊號線連結，最後再將整隻 長達約 1.5 公尺的樣品座放入真空夾層。
由於我們所量測的 RuO2奈米線電阻非常小，且樣品尺寸也很小，所以當我們將樣 品接上銅線之後，此樣品就有非常大的機率因靜電流過而導致奈米線燒毀，雖然使用以 上所說的連接方法，也可將樣品成功放入，但其實以過去量測奈米線的學長經驗，成功 是非常低的，就我個人的經驗成功率甚至不到一成，因為此過程充滿了許多可能性會造 成樣品毀壞，例如，在纏繞銅線是非常耗時的步驟，且此時是人體與樣品長時間碰觸，
由於我們所量測的 RuO2奈米線電阻非常小，且樣品尺寸也很小，所以當我們將樣 品接上銅線之後，此樣品就有非常大的機率因靜電流過而導致奈米線燒毀，雖然使用以 上所說的連接方法，也可將樣品成功放入，但其實以過去量測奈米線的學長經驗，成功 是非常低的，就我個人的經驗成功率甚至不到一成，因為此過程充滿了許多可能性會造 成樣品毀壞，例如，在纏繞銅線是非常耗時的步驟，且此時是人體與樣品長時間碰觸，