金屬奈米點的製作

本實驗中所使用的陽極氧化鋁孔洞係以 one-step 方法製作，利用 03M 草酸當作電解液，對高純度的鋁片進行陽極氧化處理時間為 2 分鐘，施加的電壓為 40V，圖 4-4-1(a)、(b)為陽極氧化處理過後的鋁 片的 top view，可以清楚的看見孔洞的排列並沒有規則性，而且孔洞 的直徑大約在 10nm 以下。圖 4-4-1(c)、(d)為陽極氧化處理過後鋁片 的 bottom view 為阻障層的部份，可以看到阻障層的排列比起 top view 好。

圖 4-4-1 陽極氧化鋁孔洞(a)(b)top view; (c)(d)bottom view。

(a) (b)

(c) (d)

圖 4-4-2(a)、(b)為陽極氧化處理過後鋁片的 bottom view 為阻障層 的部份 AFM 圖，接下來的步驟以氯化銅溶液將未被氧化的鋁去除，

便可以得到 AAO template，利用 AAO template 黏貼在選定的基板上 進行後續的工作。

接著我們利用 floating method 方式將 AAO template，以阻障層朝上 的方式，黏貼在矽基板之上，之所以會選擇以阻障層朝上的方式黏貼 AAO template，是因為使用 one step 方法製作出來的陽極氧化鋁孔 洞，他的阻障層部分會比上方孔洞部分來得規則，所以希望以此方式 得到較規則排列的孔洞陣列，等待 AAO template 以凡得瓦力黏貼在 矽基板之後，再以 6wt%的磷酸進行去除阻障層與及擴孔的動作，如 圖 4-4-3 所示。圖 4-4-3(a)、(b)的擴孔時間為 20 分鐘，由於擴孔的時 間太短所以只有局部的阻障層被移除，於是我們再一次的擴孔，時間 一樣是 20 分鐘，如圖 4-4-3(c)所示，可以看到阻障層的部份已經被移 除了，剩下了通道式的陽極氧化鋁孔洞，圖 4-4-3(d)為 cross section 影像，AAO template 的厚度大約是 340nm。這一個步驟完成之後，就 可以直接拿到 E-gun evaporation 或是 Thermal evaporation 進行金屬奈

圖 4-4-2 陽極氧化鋁孔洞 bottom view (a)低倍率 (b)高倍率 SEM 圖 (c) 2μm×2μm (d) 1μm×1μm AFM 圖。

(a) (b)

利用 thermal evaporation 蒸鍍上一層厚約 100nm 的 Au/Ge 合金，之 後我們使用 SEM 以及 AFM 觀看鍍過金屬之後的 AAO template 影 像，發現了網狀結構(sieve-like)的金屬，而且網狀結構的孔洞大約為 60nm，比原始的 AAO template 孔洞直徑來得小，根據 Yong Lei 等人 提出的理論^[58]，這是因為 closer effect 造成的現象，圖 4-4-4(a)、(b) 為金屬網狀結構 SEM 圖，圖 4-4-4(c)~(f)為去除 AAO template 之後所 看到的 Au/Ge 奈米點，奈米點的直徑大約是 90nm。

圖 4-4-3 以 6wt%磷酸去除阻障層:(a)擴孔 20 分鐘 (b)擴孔 20 分鐘 (c)擴孔 40 分 鐘 (d)AAO template 的剖面圖。

(a) (b)

(c) (d)

圖 4-4-4 去除 AAO template 之後看到的奈米點:(a)(b)金屬網狀結構; (c)~(f)Au/Ge 奈米 點。

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Sieve-like AAO

Nanodots

利用 AFM 分析軟體分別對於金屬網、金屬奈米點作分析，圖 4-4-5 的 profile measurement 中可以看出金屬網的孔洞直徑大約為 60nm。

另外利用 grain size 分析金屬奈米點的密度，如圖 4-4-6 所示，大約為 4.069×10¹¹/cm²。

圖 4-4-5 Profile measurement

圖 4-4-6 Grain size analysis

圖 4-4-7 分別使用不同深寬比的 AAO template 可以看出金屬奈米點 的形狀會因為深寬比的不同而有所變化。圖 4-4-7(a)~(d)AAO template 的深寬比為 5:1，奈米點的形狀比較接近半橢圓形(hemiellipsoids)，而 圖 4-4-7(e)、(f)使用的 AAO template 深寬比為 10:1，奈米點的形狀則 是圓錐形(conics)。

圖 4-4-7 使用不同深寬比的 AAO template (a)~(d) 5:1 (e)~(f) 10:1

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Silicon Silicon

Silicon

Silicon

金屬奈米點的製作部分我們使用同樣的方法，藉由施加不同陽極氧 化處理電壓，改變 AAO template 的孔洞大小，分別製作出不同尺寸 的金、鈦奈米點，與圖 4-4-8 所示。

圖 4-4-8 金屬奈米點 (a)~(d) 金奈米點 (e)~(f) 鈦奈米點

(a) (b)

(c) (d)

(e) (f)

Sieve-like