第四章 實驗
4.2 製程儀器與技術
為了製作一硒化鉛奈米顆粒元件，我們主要利用的製程技術包含有：電子束 微影技術(electron-beam lithography, EBL)、熱蒸鍍系統(thermal evaporation)、熱 退火裝置(annealing setup)，利用電子束微影技術去做出我們想要的電極形狀，再 子(secondary electrons)、歐傑電子(Auger electrons)、X-ray 等，我們利用偵測背 向散射電子與二次電子來觀察影像，而背向散射電子主要利用來觀察不同原子序 的樣品，因背向散射電子的散射的機率與樣品的原子序有關，所以可以利用來觀 察樣品原子序的差異性；若是一般成像，則偵測二次電子當作影像的來源。
圖 4.3 掃描式電子顯微鏡示意圖[2]。
4.2.2 電子束微影技術
實驗中所使用基板為高摻雜 P 型 Si 基板，上面有黃光微影電極，其是利用 設計好的圖形製作成光罩，接著放置於塗滿光阻的基板之上，藉由曝光、顯影過 程完成圖形的製作，最後再蒸鍍上金屬當作電極，實驗中所用為 Au/Ti 電極。
而電子束微影技術，則是利用電子束當作曝光源，因光學繞射極限的緣故，
黃光微影的技術解析度受限於光的波長不夠短，而解析度無法提高，但是利用高 電壓加速的電子束具有高能量，物質波波長非常短，所以解析度可以非常的好。
實驗中，在基板上塗滿正光阻後，利用電子束曝寫所需要的圖形，正光阻的鍵結 被電子束破壞後，可溶於顯影液中(成分為甲基異丁基酮(methyl isobutyl ketone, MIKB):異丙醇(isopropyl alcohol, IPA)=1:3)，因解析度極高，所以我們可以完成數 十奈米至數百奈米線寬的圖形。但是電子束微影的缺點是曝光的區域較小， 所 以需要較長的曝寫時間，只適合來製作奈米等級的電極，而微影等級的電極還是 得利用黃光微影技術來完成。
電子束微影技術要注意的是，當電子束打進光阻時，會發生散射現象，會導 致曝光區域比所設計的圖形還大，若要完成極小線寬的圖形時，會因此而導致圖 形的失真。我們可以利用低濃度的顯影液、控制曝光時間與顯影時間，來改善這 個現象，以完成我們所需要的電極，實驗中可以完成約 20 nm 的線寬。
4.2.3 熱蒸鍍系統
薄膜的製作方式主要分成化學氣相沉積(Chemical vapor deposition, CVD)與 物理氣相沉積(Physical vapor deposition, PVD)兩類，而我們實驗中所使用的技術 為熱蒸鍍系統是 PVD 的一種，如圖 4.4 主要原理為樣品與所要蒸鍍的靶材放置 於真空腔體，靶材放置於鎢舟上，通以一個電流加熱，待靶材熔化後蒸發成氣體 分子團後，這些分子團碰到基板後會凝結而成薄膜，藉由控制電流大小而改變蒸 鍍薄膜的速率。
進行蒸鍍之前，需先將蒸鍍腔體抽至真空~3x10-6 Torr 以下，使得蒸鍍的分子 團減少與空氣中分子碰撞的機會，增加薄膜的品質；而蒸鍍過程主要分為三次，
首先，先空鍍 Ti 金屬，此次 Ti 並沒有鍍到樣品上，主要目的為減少雜質使得真 空度變得更好；接下來才真的將 Ti 蒸鍍至 Si 基板上當作附著層(因為 Au 與 Si 基 板附著不佳)，；最後才將 Au 蒸鍍上去，就完成薄膜蒸鍍的動作了。
圖 4.4 熱蒸鍍機示意圖。