第三章 實驗結果與討論
3.1 奈米線蕭特基二極體之鎳矽化物
圖3-1為所製作出的奈米線蕭特基二極體於10萬倍率下所拍攝的電子顯微鏡 (SEM)俯視圖，可看出明顯之鎳矽化物與矽接面，其中右邊較明亮之部分即為鎳矽 化物，左邊為矽。由圖可以明顯觀察到右邊的鎳矽化物有向左往矽奈米線方向擴散 延伸的趨勢，且擃散長度560.6 nm。
圖3-1、奈米線蕭特基接面之電子顯微鏡俯視圖。
為了更進一步了解鎳原子(Ni)的側向擴散方向，我們對元件進行X射線光電子 光譜(XPS)材料檢測。圖3-2為元件進行X射線光電子光譜檢測時示意圖，右端為鎳 矽化物奈米線、左端為矽奈米線。圖3-3為X射線光電子光譜檢測實驗結果，可以知 道元素鎳成分的分布狀況，鎳成分在奈米線右邊鎳矽化物部分可以清楚地被檢測出 來；同樣地，在奈米線左邊矽部分也被檢視出有鎳成份存在，證明鎳原子由奈米線 右邊鎳矽化物端往奈米線左端的矽奈米線部分側向擴散。另外，在元素矽(Si)成分 檢測方面，由圖3-4可以發現不論在奈米線左右兩端，矽奈米線及鎳矽化物奈米線 100nm Si/NiSi junction
Ni diffusion length 100 nm
NiSi Si
圖3-2、元件進行X射線光電子光譜檢測時示意圖。
圖3-3、鎳元素X射線光電子光譜檢測。
62 64 66 68 70 72
200 300 400 500 600 700
Counts
Binding Energy (eV)
Region in Si in NiSi Ni 3p
圖3-4、矽元素X射線光電子光譜檢測。
圖3-5、圖3-6為分別針對矽奈米線及鎳矽化物奈米線所拍攝的30萬倍穿透式電 子顯微鏡圖。圖3-5所拍攝的矽奈米線橫截面結果，驗證出所製作的矽奈米線高度 為32 nm、寬度為46.67 nm。圖3-6為所拍攝的鎳矽化物奈米線橫截面結果，可以得 知所製作的鎳矽奈米線高度為39 nm、寬度為47.67 nm。圖3-7與圖3-5相對應，為矽 奈米線橫截面進行EDX元素分析結果，完全只有矽成份被檢測出來。圖3-8為圖3-6
Binding Energy (eV)
Region in Si in NiSi Si 2p
圖3-5、矽奈米線穿透式電子顯微鏡圖。
圖3-6、鎳矽化物奈米線穿透式電子顯微鏡圖。
SiO
2NiSi SiO
2Si
圖3-7、矽奈米線之EDX元素成分分析。
圖3-8、鎳矽化物奈米線之EDX元素成分分析。
表3-1、元素成分比例表。
Composition﹙％﹚
Ni Si 56.35% 43.65%
圖3-9、鎳矽化物晶格繞攝圖。
3.1.2 鎳矽化物片電阻值
在本論文研究所設計元件結構中，有一結構為鎳矽化物四點探針測式結構 (Four-point probe)，結構示意圖及量測方式如下圖:
圖3-10、鎳矽化物四點探針測試結構及量測方式示意圖。
I+
I-
v+
v-
片電阻(Sheet Resistance)是傳導性材料之重要特性之一，四點探針是最常用來 量測薄片電阻的工具，只要在其中兩個探針間加上固定之電流，並同時量測另外兩 個探針間之電壓差值，就可以計算出薄片電阻。由圖3-11為鎳矽化物四點探針所量 測的電流電壓結果，而推算後之鎳矽化物片電阻值為38.7 μΩ-cm。
圖3-11、鎳矽化物奈米線電流電壓量測結果。
2.0x10-7 4.0x10-7 6.0x10-7 8.0x10-7 1.0x10-6 0.0
2.0x10-3 4.0x10-3 6.0x10-3 8.0x10-3 1.0x10-2
Voltage (V)
Current (A)
3.2 奈米線蕭特基二極體元件