本章藉由自製 Simple STM 所取得的掃描影像，與一般市售機台(Seiko Instruments Inc. AFM)所取得的影像做比對，藉此對照來說明自製 Simple STM 掃 圖的正確性與可靠性。
5-1 尺寸校正程序
當 STM 機台完成的時候，我們必須對此機台的壓電材料做校正的動作，一 開始當 Scanner 剛製作完成時我們無法知道此 Scanner 最大擺幅精確值為多少，
由於市售的壓電蜂鳴片其震盪振幅或多或少有些差異，因而影響到每台完成的 STM 機台 Scanner 的擺幅(最大掃描面積和 Z 軸伸縮量)，帄均差異約在 20%~30%
左右。對此，我們必須準備一具有週期性的標準樣品做為我們的校正依據，其週 期長度為已知且每個週期長度的誤差必須要小越好，於是我們選用了 DVD 做為 我們的標準樣品，DVD 表面具週期性溝槽的特徵，帄均長度約為 750 至 800 奈 米之間，帄均高度約為 30 奈米左右。
圖 5-1 標準樣品 DVD 溝槽 (自製 STM 影像)
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圖 5-2 量測 DVD 溝槽之高度與週期(自製 STM 影像)
圖 5-3 商用 AFM 所取得之影像
圖 5-2 為自製 Simple STM 所取得之圖，其量測出 DVD 溝槽特徵之週期約 為 790 奈米，高度差約為 32 奈米；圖 5-3 為商用 AFM 所取得之圖，量測數據顯 示週期約為 793 奈米，高度差約 30 奈米。兩者相較下相去不遠，因此可以確信 自製 Simple STM 的 Scanner 經校正後，其所量測到數值的正確性。
STM 的樣品都必須要為導電材料(或半導體)，但是 DVD 是由一種名叫聚碳 酸酯（Polycarbonate，PC）的不導電塑膠所做成，所以我們必須事先將 DVD 裸 片的表面上鍍上一層薄薄的金使其可以導電，由自製 STM 所取得圖 5-4 顯示其 表面聚集之金顆粒大小約為 100 奈米左右。
圖 5-4 細掃 DVD 溝槽表面之聚集顆粒(自製 STM 影像)
5-2 自製 STM 取得之圖像
自製 STM 經尺寸的校正過後，就可以開始進行掃瞄各種樣品，以下一系列 圖像為利用本自製 STM 所掃描而取得的影像，下列樣品除了 4-2 節所介紹的自 製樣品外，另外還有委託工研院幫我們所製作的樣品，分別為直徑 250nm 的 Hole Array 以及現今儲存容量遠大於 DVD 光碟的藍光光碟片(BD)。
氧化石墨
圖 5-5 (a)經 600℃、5 分鐘氧化與(b)噴槍高溫加熱氧化後之石墨表面(自製 STM 影像)
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金薄膜之熱退火處理
圖 5-6 (a)經 400℃、4 小時熱退火處理與(b)高溫噴槍加熱之金薄膜表面(自製 STM 影像)
原子級金帄面
圖 5-7 (111)金帄面之自製 STM 影像
Hole Array
圖 5-8 直徑 250 nm 的 Hole Array 之(a)自製 STM 與(b)AFM 影像
藍光光碟(BD)表面
圖 5-9 藍光光碟片之(a)自製 STM 與(b)AFM 影像
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5-3 自製 STM 解析度結果與討論
本節將自製 STM 所得到之影像結果，分別對 Z 軸解析度與 XY 方向的解析 度加以敘述探討。
5-3-1 Ｚ軸解析度
由於 HOPG 高同向性的層狀堆疊造成此材料表面具有非常帄坦的表面，其 表面的高度落差我們就稱為石墨臺階，通常約只有單層或數個石墨原子層的高度 差，一般單層石墨臺階高度差約為 0.34 nm，利用自製 STM 機台在大氣的條件下 掃描，我們仍可清楚的觀察到石墨表面上數層甚至單層的石墨台階，證明了我們 自製的 STM 機台的確在 Z 軸方向具有原子級的解析度。
圖 5-10 HOPG 之表面 (自製 STM 影像)
圖 5-11 Seiko AFM 所取得之影像
圖 5-12 自製 STM 所量測石墨臺階之高度差
5-3-2 XY 方向解析度
利用熱蒸鍍法在 Wafer 表面上鍍上一層薄薄的金膜，其表面有許多數十奈米 的金團顆粒所聚集而成，圖 5-13(a)為 Seiko Instruments Inc. AFM 機台掃描所取得 的影像，掃描影像區域大小為 1μm×1μm，點數為 256 點，影像中可估計每行 出約 25 顆金顆粒，可初估金顆粒直徑為 40 奈米。再從金顆粒的形狀非常柔和變 化看出他機器解析度遠比掃描時水帄方向解析度佳，掃描解析度約為金顆粒直徑 除以 10 倍(3.5 奈米)，也就是機器的水帄方向解析度有 1 奈米。
圖 5-13 (a)商用 AFM 與(b)自製 STM 掃描的金顆粒圖
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圖 5-13(b)為自製 STM 所掃描的影像，影像中有橫條紋代表系統有震動問題，
掃描區域大小為 1μm×1μm，點數 450 點，點與點間解析度約 2.2 奈米，掃圖結 果其金顆粒可以看清楚，代表水帄方向解析度達 3.5 奈米，從圖形中看出金顆粒 並不圓滑，代表機器解析度與所估計之影像解析度非常接近，此時解析度僅達到 3.5 奈米。
由於圖 5-13 (b)是由大範圍模式所擷取的圖像，其延伸陶瓷管使得掃描器整 體變為較為不穩定(參閱 3-11,掃描器)，故容易受震動所影響因此解析度稍微差一 些，所以我們換成高解析度模式得到了圖 5-14，掃描範圍為 800 nm×800 nm，由 圖可看出較無震動干擾影響，金顆粒的形狀也如圖 5-13 (a)柔和變化，證明我們 自製的 STM 機台在高解析度模式下，水帄方向解析度達 1 奈米。
圖 5-14 自製 STM 高解析度模式所取得的金顆粒圖
5-3-3 結果與討論
此，加裝一阻尼裝置是必要的(如 Eddy current damper)，或是在 STM 底部加 裝光學桌所用的避震氣墊，以及儀器在掃描時，如何設計將之屏蔽的更加完 整。二、電子電路系統:
理論上施於 Scanner 的電壓最小間格變化約為 0.305mV，若電子電路本身的 雜訊大於此值，則使得 Scanner 的最小位移量無法達到理論上的精確值，若
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