電子迴旋共振化學氣相沉積法(electron cyclotron resonance chemical vapor deposition )簡稱 ECR-CVD。其裝置如 Fig. 2.16 所示，以 2.45GHz 的微波經由類似 Fig. 15(b)之 ASTeX-type 導波管設計，微波通過石英窗或 石英鐘罩激發反應腔內之氣體分子使之解離而形成電漿，但在反應腔外 圍另外加一 875 G 之磁場，由軸向磁場產生一與之垂直的電場，電子因 而繞磁場做圓周迴旋運動，當電子的運動角頻率與微波的波向量變化頻
Fig. 2-16 Schematic diagram of the microwave plasma ECR-CVD system.[Tsai-2000-11]
量，使解離率（ionization fraction）提高達 0.3～1，而一般電漿的解離率 僅約 10-5～10-1。ECR-CVD 操作壓力約在 10-4~10-3 Torr，在如此低的壓力 下，不純物的量較少，自然工件的污染程度較低，而氣體分子的平均自 由徑也較大，電子因而充分加速獲得較高能量。而其工件位置遠離電漿
球之位置[Woo-2003-6789][Woo-2003-1660]，工件不受電漿之直接反應加熱，得以較
低的沈積溫度合成碳奈米材料，且電漿受磁場之作用可以均勻分佈於較 大面積，以沉積大面積之薄膜。ECR-CVD 除了具有高解離率，低合成溫 度，大面積合成之優點外，還有低的離子能量，高的離子密度（ni > 1011 cm-3）及可分別由微波產生器的功率來控制解離率和基材負偏壓來控制離 子轟擊能的高操作控制性，因此常被用於半導體製程之乾蝕刻（dry etching）或類鑽石薄膜之合成。
根據吾人蒐集之文獻顯示，最先用ECR-CVD成長碳奈米結構材料
者，為清華大學施漢章教授實驗室，他們是採用多孔陽極氧化鋁膜為模 版（template）輔助，在其孔洞中沉積出氮化碳（carbon nitride）[Sung-1999-197]
[Liu-2002-212]或非晶質的碳奈米管狀物[Tsai-2000-11]。本研究則是在2001年利用
CH4及H2 為反應氣源，成功地在矽晶片上直接合成大面積 (4 吋直徑) 且垂直基材準直排列的碳奈米管。使用的觸媒材料包括 Fe、Ni、Co 顆 粒及CoSix 膜和Ni 膜等。沉積生成的奈米結構材料包括:碳奈米管、藤蔓 狀碳管、海草狀奈米碳片、花瓣狀奈米碳片及碳膜等。而生成的碳奈米 管直徑與觸媒顆粒的大小則有密切的關係，直徑一般可在 20～80 奈米 左右；管長則與沈積時間有關，約在 1～3 微米間；管數密度由觸媒濃 度及施加方式所控制，其每平方公分的管數最高可近一億根（108
tubes/cm2），且是垂直於基板成長，長度也相當一致 [Lin-2002-992][蔡-2001-p37] 。 此外，更進一步發現在基材上方施加平行基材平面的額外電場 [Hsu-2002-225]
[Lin-2003-766]，可以控制碳管成長方向，由原來垂直基材方向改變至幾乎平
行於基材平面方向。以及利用此法可以成長高密度且高度一致之包覆磁 性顆粒碳奈米管或奈米顆粒，證明其應用於垂直磁記錄媒體之可行性並 取得發明專利[Kuo-2003-799] [洛-2001] [ 郭-專利 193587號]。吾人更進一步提出氮在微波電漿 中成長碳奈米管所扮演的角色 [Lin-2003-1851]，以及氣體壓力對於碳管成長機
制之影響[Lin-2004-2147]等一系列研究。本論文即將以此方法為主軸，探討各
種成長條件對碳奈米結構與成長機制之影響。