穩定相(L12_FCC#1)經過槓桿定理(lever rule)的計算過後，Ni3Si 是其中莫爾分量 佔最大、最穩定的相，同時，此溫度所生成的相也吻合文獻上所記載的 Ni3Si 生
成長參數(包含壓力、持溫時間、載流氣體流量)下更改試片加熱溫區的溫度，直
的線徑，由 50 nm-80 nm 提升至 90 nm- 120 nm。 了不同相的峰值，分別為 NiSi 相 (orthorhombic) 與δ-Ni2Si 相(orthorhombic)。進 一步將試片上所生成的鎳化矽奈米線，進一步使用 TEM 來取得 HRTEM (圖 3-6) 影像，並取得 FFT 繞射圖形(圖 3-6 組圖)。繞射圖形經過對照，確認該奈米線的 相為 θ-Ni2Si，晶格結構為 hexagonal structure，space group 是屬於 P63/mmc，
JCPDF 資料庫編號為 80-2283，Zone axis 為[10-1]，生長方向為[010]。詳細成長 機制將在 3-1-5 節討論。
3-1-4 載流氣體流量
固定 850℃、10torrs 與持溫 30min，並改變載流氣體流量(30sccm、60sccm) 成長所得奈米線進行 SEM(圖 3-8)與 XRD(圖 3-9)分析，發現在 Ar 30sccm 下所成 長奈米線具有相當良好長寬比，且表面較為光滑，沒有異物突起。將載流氣體流 量提高至 60sccm 後，可以明顯由圖 3-8 上清楚觀察到奈米線的表面出現許多樹 枝狀(dendrite)的次結構，產生此次結構的原因，根據文獻上[42]所提及，是因為相 對高的載流氣體在相同的持溫時間內承載了更多的前驅物分子至後方基板進行
反應，產生了過高的反應物飽和濃度，而過飽和濃度會引發樹枝狀結構。至於過 之機制(diffusion-controlled kinetic)，首先形成 δ-Ni2Si 相之薄膜。隨著溫度升高 至 300-400℃ ， 原 始 Ni2Si 便 會 藉 由 相 同 的 擴 散 機 制 形 成 同 樣 具 有 相 同
過多或過少的蒸氣壓均會無法製備出良好長寬比之矽化鎳奈米線。 的電場。陽極與發射面(emission surface)距離經過測量後，約為 250μm，之後由 10μA/cm2做一水平直線並由與電流-電壓曲線圖交點向下做垂直線段求出起始電
(1/E)作為 x 軸，即可得到一線性的 F-N 圖形(圖 3-13、3-14 與 3-15 左上角小圖)。 的鐵磁性材料特性(ferromagnetism signature)，三者所具有的矯頑磁場(coercivity, Hc) 皆 相 當 接 近 ， 約 為 150~180 厄 斯 特 (Oe) 之 間 。 飽 和 磁 化 率 (saturation magnetization , Ms)也都分別落在 0.34、0.41 與 0.51memu。當溫度降到 2K 以下，
可以清楚發現三者的飽和磁化率皆有提升，這是因為常溫下的晶格原子熱擾動減 緩材料因為磁場而產生的極化(polarztion)，更進一步影響磁化率。ㄧ但將溫度下 降至接近絕對零度(0K)，熱擾動的影響便會隨之減低。因此在低溫下，可以很清 楚看到磁滯曲線的趨勢加大。Ni2Si 相的奈米線，飽和磁化率上升為約 1.88 倍左 右(0.34→0.64memu)，矯頑磁場提升約 2.25 倍(181→409oe)。Ni3Si 相奈米線飽和 磁 化 率 提 升 為 1.65 倍 (0.41→0.68memu) ， 矯 頑 磁 場 卻 提 升 為 約 6.8 倍 (151oe→1030oe)。Ni31Si12 相奈米線矯頑磁場沒有顯著提升，飽和磁化率提升達 到 3.43 倍(0.51→1.75memu)左右，飽和磁化率提升幅度遠大於其餘兩者。為了排 除基板上奈米線的成長密度或是長度差異造成的影響，我們利用 SEM 側視與俯
視圖對於進行量測的試片進行了奈米線的線徑、長度與密度的估算，Ni31Si12 奈
表 3-1 固定溫度與時間，不同壓力與不同流量成長奈米線 SEM 圖
表 3-2 固定溫度與載流氣體流量，不同壓力與不同時間下成長所得奈米線 SEM
圖 3-1 不同溫度下成長之鎳矽化物奈米線之 TEM 與 SEM 影像
(a)750℃, Ni31Si12 (b)800℃, Ni3Si (c)850℃, Ni2Si 之 TEM 影像，與下方對應 (d)750℃(e)800℃(f)850℃之 SEM 影像
圖 3-2 Ni-Si 二元相圖
圖 3-3 不同壓力對奈米線表面形貌影響 (850℃、成長時間 1hr，Ar=30sccm)壓力變化依序為
(a)6torr(b)9torr(c)12torr(d)15torr。
圖 3-4 不同持溫時間成長之奈米線 SEM 圖
(a)15 分鐘(b)30 分鐘(850℃下，Ar30sccm，腔體壓力 10torr)。
圖 3-5 不同持溫時間成長之奈米線 XRD 分析結果
圖 3-6 850℃下，持溫 30 分鐘、9torr 成長所獲得 Ni2Si 奈米線
(a)低倍明視野影像(b)HRTEM 與 FFT 繞射圖，Zone axis[10-1]，沿[010]方向成長。
圖 3-7 水平三區加熱式爐管升溫速率關係圖
圖 3-8 不同載流氣體流量成長所得奈米線
(a)30 sccm(b)60 sccm。溫度設定 850℃，持溫時間 30 分鐘，腔體壓力控制在 9 torrs 下。
圖 3-9 不同載流氣體流量成長奈米線 XRD 分析結果
圖 3-10 NiSi 相薄膜與 Ni2Si 相奈米線成長機制示意圖
圖 3-11 Ni31S12奈米線所量得電流-電壓曲線圖
圖 3-12 Ni2Si 奈米線所量得電流-電壓曲線圖
圖 3-13Ni2Si 奈米線場發射特性電流-電壓曲線圖
圖 3-14 Ni3Si 奈米線場發射特性電流-電壓曲線圖
圖 3-15 Ni31Si12場發射特性電流-電壓曲線圖
圖 3-16 Ni2Si 奈米線在低溫(2K)與高溫(300K)量測之磁滯曲線圖
圖 3-17 Ni3Si 奈米線在低溫(2K)與高溫(300K)量測之磁滯曲線圖
圖 3-18 Ni31S12奈米線低溫(2K)與高溫(300K)量測之磁滯曲線圖
圖 3-19 晶格結構與空間異向性影響矯頑場大小示意圖
表 3-3 各相奈米線 SQUID 量測結果與單位體積最大飽和磁化量