(632.8nm))
，藉由光子與奈米碳管表面原子之聲子(Phonon)
產生能量 之交互作用，如此改變反射光子頻率，進而推算出碳管之原子因共振 所產生的拉曼聲子能量，由入射光與反射光頻率之差值測得奈米碳管 之電性與結構。利用拉曼分析奈米碳管，其拉曼光譜振動模式共有三種：徑向呼
吸 模 式
(Radial breathing modes, RBM)
、 拉 伸 振 動 模 式(Tangential modes,G-Band)
、缺陷振動模式(D-Band)
。製作拉曼分析試片方式為將奈米碳管粉末直接放置於已成長
值乃單壁奈米碳管直徑值，在本實驗之拉曼分析條件下，對放置於
SiO
2上且分離之奈米碳管而言，A
值為248
、B
值為0
。由於碳原子的共振模式屬於簡諧運動
(Harmonic vibration)
，吾人 需使用勞侖茲分佈(Lorentzian distribution)
函數來趨近RBM
振動模式 的峰值訊號，如此來分析RBM
振動模式測得之各個峰值，如果符合峰值的存在，且此峰值寬度相當寬，由此可得知此碳管粉末成份大多 多，通常使用扣除基準面
(Reference plan)
值後的G-band
峰值與D-band
峰值之面積比例(
如圖3-4)
來判斷奈米碳管品質優劣，此為G/D ratio
，1.13nm
左右，由此可知此次分析之物體為奈米碳管束，約有4x4=16
根。
此分析重複進行並且統計數據，我們可以得到實際碳管分佈情
奈米碳管有著較大之凡得瓦力而導致碳管與碳管間不易分離。
導體性奈米碳管的能帶，故元件之直流電性量測因極性分子而有遲滯 一碳管與金屬之接觸阻抗，所以量測之後利用
NDL-InLine SEM
去證 實所搭到碳管根數，由本實驗室經驗得知由SEM
無法證實所看到之製程變因來測試。利用電漿轟擊前處理之條件本實驗選擇了
N
2與NH
3可 以 承 受 此 強 氧 化 劑 而 不 至 傷 害 其 本 身 ， 最 後 亦 利 用 室 溫 下 之
面積為
299771.225 (
如圖3-26)
，G/D ratio
值為8.248
，利用相同方式度之吸附物，進一步觀察可以發現此吸附物之原子影像並無晶體結
觸，黃光製程後則是濺鍍上
Pd
金屬，吾人必須考慮Pd
金屬與碳管間影響，是適合之元件製程條件。文獻
[41]
上有提及強氧化劑雖然可以 拿來純化奈米碳管，但不適當的條件對於碳管反而會造成傷害，由拉曼
G/D ratio
也可看出強氧化劑的影響，但藉由改變氧化劑的濃度與溫度與浸泡時間應可提高碳管之純度，且可清除管壁之吸附物，
此方面仍待實驗研究。
由電性與拉曼分析可得知，短時間低功率之
N
2電漿處理對於碳 管六環狀之碳碳鍵結影響不大，評估元件製程中仍可進行此方面處 理。低瓦數之NH
3電漿處理因有H
離子之因素對於碳管之碳碳鍵結 破壞性較大，應盡量避免之。此外實務經驗得知
PECVD
沈積薄膜製程確實對於碳管有著顯著 之負面影響，故若製作閘極不與金屬重疊之碳管電晶體，採用部份 區域下閘極電晶體製作方式較佳，如此可避免掉高能量離子之破 壞，在本人實驗實做上亦曾作過利用Focus Ion Beam(FIB)
機台進行 碳管電晶體製作，方法是先將碳管旋塗於介電層上，利用FIB
之Ion
Beam
觀測碳管之所在位置，在將純Pt
金屬直接濺鍍在碳管上而形 成源極跟汲極，但是相同的此製程仍因高能之離子破壞碳管而導致 失敗，無法量測到任何電性，同時在用Ion Beam
觀測碳管所在位置 時可以發現影像中之碳管會漸漸消失不見，亦是因為高能離子轟擊 而導致的。圖
3-1
碳管中碳與碳原子間之震盪模式(a)
圖為RBM
震盪模式(b)
圖為G band
震盪模式。150 200 250 300 350 400
150 200 250 300 350 400
2000
1200 1400 1600 1800
1250 1275 1300 1325 1350 1375 1400 0
Raman Intensity(a.u.) Area:39425.435
1450 1500 1550 1600 1650 2000
4000 6000 8000 10000
12000 Area:838222.3
Raman Shift(cm-1)
Raman Intensity(a.u.)
圖
3-6
積分法計算G-band
峰值下之面積。圖
3-7
掃描探針顯微鏡奈米碳管束之Z
軸高度約為5nm
左右。-10 -5 0 5 10 1E-11
1E-10 1E-9
Id
Vg
圖
3-8
背閘極奈米碳管電晶體之I
d-V
g電性圖。0 2 4 6 8 10
1.0x10-6 2.0x10-6 3.0x10-6 4.0x10-6 5.0x10-6
Id
Vd
圖
3-9
背閘極奈米碳管電晶體之I
d-V
d電性圖。0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0
2 4
Vd
Id(100nA)
圖
3-18 20W
之N
2電漿前處理元件之I
d-V
d電性圖，可以發現I
d有 抖動不穩之現象。-10 0 10 20 30 40 50
1E-10 1E-9 1E-8
Id
Vg
圖
3-19
王水前處理條件元件之I
d-V
g電性圖，可以發現I
d電流值不0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1000000
1E7 1E8
Rc
Vd
圖
3-20
浸泡王水前處理元件之單根奈米碳管與Pd
金屬間之接觸阻抗。
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
100000 1000000 1E7
Rc
Rc
Rc1 Rc2
圖
3-21
浸泡H
2SO
4加上H
2O
2溶液前處理元件之單根奈米碳管與Pd
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800
Raman Intensity (a.u.)
Raman Shift (cm-1)
圖
3-24
利用拉曼分析浸泡ACE
溶液後之奈米碳管的G-band
峰值與D-band
峰值圖。1280 1300 1320 1340 1360 1380 0
200 400 600 800
Raman Shift (cm-1)
Raman Intensity (a.u.)
Area : 36341.61
圖
3-25 ACE
浸泡後之奈米碳管D-band
拉曼震盪峰值，利用積分法1450 1500 1550 1600 1650 0
2000 4000 6000 8000 10000
Area : 299771.225
Raman Shift (cm-1)
Raman Intensity (a.u.)
圖
3-26 ACE
浸泡後之奈米碳管G-band
拉曼震盪峰值，利用積分法 計算G-band
峰值下之面積。圖
3-27
利用HRTEM
觀測浸泡過DMF
溶液之奈米碳管束管壁上的圖
3-28
利用HRTEM
觀測經過20W
之N
2電漿處理後之奈米碳管束 管壁上的吸附物。圖
3-29
利用HRTEM
觀測經過3
分鐘600°C
退火處理處理後之奈米 碳管，發現碳管束管壁上之吸附物已被清除。圖
3-30
利用HRTEM
觀測經過3
分鐘600°C
退火處理處理後之奈米 碳管，發現某部份之碳管束管壁上之吸附物已被清除，也有 部份區域之碳管管壁仍存有吸附物。圖
3-31
利用HRTEM
觀測經過600°C
退火後再用黃光製程處理之奈 米碳管，可以清楚發現原本可能已經除吸附物之碳管束之管 壁再次有雜物吸附。表
3-1
利用AFM
量測碳管束之Z
軸高度統計表。AFM 量測之 Z 軸高度 數量
~3nm 1
~4nm 5
~5nm 4
~6nm 7
~7nm 3
~8nm 1
備註：平均每一束碳管束之
Z
軸高度為5.42nm
。表
3-2
利用拉曼分析所有前處理條件之碳管，並統計出所有條件之G/D ratio
。前處理條件 G/D ratio
純碳管粉末
21.2609526058495
浸泡
ACE
溶液7.67733836613467
浸泡