2-5.1 電性量測
利用安捷倫公司之半導體參數分析儀(Agilent-4156C),具有四 組 SMU，提供電壓或電流源，並可同時得知電流或電壓值。
2-5.2 表面分析
利 用 交 通 大 學 奈 米 科 技 中 心 之 原 子 力 顯 微 鏡 (Digital Instrument Nanoscope Ⅲ-a AFM)，使用 Tapping Mode 觀察表面起 伏，由於使用的碳針針尖直徑在 20nm 以內，碳管的直徑約小於針尖 直徑一個數量級，會有如圖 2-10 所示的側向寬度擴大現象，所以無 法從平面(XY)的尺度得知真正碳管直徑，實際量測顯示垂直高度約 1~5nm 的探管束，寬度均顯示約為 30nm。因此我們用高度(Z)去估計 碳管的直徑(假設碳管束為圓柱狀)。
2-5.3 薄膜附著力測試系統
為了測試沉積的金屬對於氧化層的附著力，利用 NDL 的薄膜附著 力測試系統，先將釘子(stub)黏著在金屬的表層上，再使用測試機進 行拉拔測試，去判斷附著力的強弱。(如圖 2-11)
2-5.4 X 光光電子光譜儀(XPS)
X 光光電子光譜儀(XPS)亦稱為化學分析電子光譜儀(ESCA)，原理簡 單地說就是光電效應。當其有足夠能量的 X 光照射在材料表面上，原 子內的電子吸收了 X 光的能量，將可自原子內游離出來，稱為光電 子．其動能為入射 X 光的能量，減去該電子在原子內的束縛能。不同 元素的光電子，具有特定的動能，因而判定材料表面的元素成份。而 當與其它元素產生不同的鍵結時，原子間的鍵結電荷密度(valence charge density)會重新分佈，促使原子內的各個核心電子的能量產 生位移，此能量位移現象稱為化學位移(chemical shift)。靠著化學 位移與資料庫的比對，我們可以判定鍵結組態。
隨機式程序與對準式程序的比較
隨機式程序 對準式程序 E-beam 零層對準點製
作
不需要 需要
定義碳管位置座標的 座標島製作
不需要 需要
尋找碳管並計算其座 標
不需要 需要
佈局結構設計 一次即可 依不同座標重新設計
電極製作 相同 相同
尋找碳管 費時、一個一個尋找 確認是否準確即可
表 2-1 隨機式程序與對準式程序的比較。
CNT L-Shape?
(b)
圖 2-1 (a)量測 Rc之 Kelvin Structure 示意圖。(b)將碳管彎折成 L 形後與金屬構成 Kelvin Structure 之構想圖。
Contact
Upper
Lower
VSU1
VMU1
GND
VMU2 Current
I VMU RC =VMU1− 2 (a)
圖 2-2 奈米碳管的三端點結構剖面與平面示意圖。
V1 V2 V3
I12
I13’
U2 U3
U1
1 2 3
SiO2 , tox=100nm
Si Substrate
Al-film
CNT
圖 2-3 Rc,Rf,Re在結構中的接觸定義面。
圖 2-4 奈米碳管場效電晶體的結構示意圖。
Rf Re
RC
Drain Source
SiO2 , tox=100nm
Si Substrate
Al-film CNT
Gate
圖 2-5 (a) 佈局設計之單元矩陣,每一個單元皆外接 12 個針測位置;
(b) 單向指狀結構設計示意圖，每一電極只有一個針測位置;
(c) 雙向指狀結構設計示意圖，每一電極有二個針測位置。
(a)
(b) (c)
§ smallest line-width : 0.35μm
§ line-line pitch : 0.7μm
圖 2-6 金屬線覆蓋在碳管上結構之 SEM(上)與 AFM(下)圖。
Metal Metal Metal Metal
Oxide Oxide Oxide Oxide
圖 2-7 未完全散開之碳管叢電子顯微鏡影像。
圖 2-8 利用 AFM 掃描的散開的碳管影像(左上角的碳管為直徑 1.8nm 之單一單壁碳管)。
1μm 1μm
1μm 1μm
0 1 2 3 4 5
(a)
>4nm 3~4nm
<3nm
Count
0 1 2 3 4 5
(b)
>1um 0.5~1.0um
<0.5um
Count
圖 2-9 利用 AFM，隨機從 12 根碳管的分析統計圖(a)直徑;(b)長度。
圖 2-10 AFM 掃描碳管表面以及側向寬度擴大現象示意圖。
圖 2-11 金屬膜與氧化層的附著力測試示意圖。
Tip
Si Substrate
SiO2 Metal-film
Stub F