3-1.1 半導性碳管造成的量測問題
我們選用的碳管材料是單層壁碳管，而在碳管的的外觀幾何分析 顯示，我們量測到的碳管通常是平均直徑在 5nm 以內的碳管束(包含 單獨碳管)，而利用 In-line SEM 尋找碳管時，因為電子散射使解析 度無法達到 5nm 以下。原先認為一般的碳管束其電性表現多是金屬性 質，所以忽略了電場效應對於碳管的影響，以致量測時遇到了一些異 狀，唯有把這些現象釐清，才能正確量測接觸阻抗。
在碳管的三端點接觸阻抗量測中，我們發現如圖 3-1 中(以 Pd 當 作接觸金屬)，圖中偏壓在 0V 附近時，後端阻抗值卻比總阻抗來的高 的不合理現象。原因如下：在圖 3-2 中，矽基板設定在浮接(floating) 狀態，我們試著透過碳管得到接觸點的碳管端的電壓 VCNT。因為這段 碳管的兩端偏壓在 0 附近時，矽基板的浮動電壓會造成碳管半導性在 低偏壓下呈現不導通狀態。當碳管不導通時，量測到的電壓 VCNT並不 是接觸點的碳管電壓。甚至如圖 3-3 中將矽基板電壓增加到 3V，碳 管不導通的情形更加明顯，矽基板的電壓更容易耦合到 VCNT。反之如 果矽基板設定在接地(圖 3-4 所示)甚至負電壓，碳管會完全導通，可 以測量到正常的結果。
為了避免這個問題，我們實作上將所有的矽基板背面去除氧化層 鍍上一層金屬層，為了保證碳管的通道是導通的，在量測阻抗時，設 定基板在足夠的負電壓-20V。
3.1-2 金屬線串聯電阻的影響
如 2-2.2 小節佈局結構中提及，三端點的後端阻抗量測，如果電 極結構採用「單向指向結構」，我們無法把 2.1.1 小節中的 R2,metal扣 除，因此金屬線造成的串聯電阻 R2,metal也會計算在內，當 R2,metal>> Re 或相當時，Rmetal 就必須列入考慮。一般 Re 在經過不同迴路電流的測 量，其值不相同，而圖 3-5 利用單向指向結構的佈局，圖中四種迴路 量測卻相當地近似，唯一可以解釋的理由是 R2,metal遠大於真正的 Re。 為了能精確計算出 R2,metal，設計「雙向指向結構」，我們可以在沒有電 流通過的第二個針測點量測出碳管接觸點的金屬線電壓。
3-2 利用 Pt 合金(PtTa,PtTi)的接觸阻抗
3-2.1 接觸阻抗與附著力
之前的研究指出[29]，Pt 和奈米碳管的接觸阻抗最低，由於金屬 的鈍性很強，除了不易在與碳管介面之間形成金屬氧化物外，另外一 方面，Pt 也不易與矽氧化層形成鍵結，因此金屬膜和試片的附著力 很差，在掀離法的製程中，Pt 金屬線經過振盪後容易剝離(如圖 3-6)。除了影響製程良率，在針測時，脆弱的附著力使得針測點容易 受到傷害，造成量測的困擾。
在積體電路的製程中，Ti 與 Ta 與矽氧化層的附著力很好，常利 用這兩種的金屬充作附著層，可惜這兩種金屬與碳管存在很高的接觸 阻抗(MΩ)。本節的目的，是利用 Pt 與 Ti 或 Ta 的合金技術，驗證這 種合金技術同時可以保有和 Pt 同等的接觸阻抗，並且改善金屬與氧 化層之間的附著力。
3-2.2 金屬膜附著力的測試
在驗證接觸阻抗前，我們選定不同條件的金屬膜進行附著力測 試，其測試的結果如表 3-1。由觀察或拉拔的測試中發現，Pt 或 Pd 和氧化層之間的附著力相當的差，拉拔測試中，測試用的釘子(stub) 在僅受到輕微的外力就使金屬膜剝離氧化層。實驗構想利用 Ta 或 Ti 與氧化層的良好附著力，因此在沉積 Pt 時摻雜 Ta 或 Ti 來加強金屬 膜對氧化層的附著力。為了盡可能在 Pt 尚未完全成膜前增加 Pt 與碳 管接觸面的比例，實際沉積的條件是在濺鍍的第 1 分鐘，只沉積 Pt，
第 1 分鐘後，Ta 或 Ti 才與 Pt 同時沉積。經過拉拔的測試後，發現 這樣條件的金屬膜(PtTa 或 PtTi)與氧化層的附著力良好。而如果 Pt 先沉積時間延長到 2 分鐘以上，這時 Pt 會先完全成膜，造成 Ta 或 Ti 沒有機會與氧化層接觸，而喪失我們使用合金改善製程的目的。
3-2.3 Pt 的接觸阻抗
在量測 Pt 合金的接觸阻抗研究之前，因為這次所選的碳管材料 有所差異，為確保正確性，我們也重複去年對 Pt 的接觸阻抗測量方 式[29]。要特別說明的是本論文所稱的後端阻抗 Re就是以往的所稱的 接觸阻抗。如圖 3-7 中所示，後端阻抗值約在百歐姆左右，當然此量 測到的後端接觸阻抗值還包含金屬線的電阻值。所以真正的後端阻抗 會比這值更小。這個實驗我們知道 Pt 的後端阻抗值的確很小，和以 往的實驗結果是一致的。
3.2-4 Pt 合金的後端阻抗與前端阻抗
利用雙向指向結構的佈局修正後，可以在量測時避免金屬線的電 阻。在 Pt 或 Pt 合金的三極結構中，測量端點 2 的電壓 Vmetal與經由碳
管連線量測的電壓 VCNT 的差值，當電流是由碳管流向金屬時，理應 VCNT>Vmetal，但實驗數據卻是兩種數值不相上下，如圖 3-8 所示。計算 後的後端阻抗在零附近正負震盪。其原因在於當量測系統對於電壓量 測精確度是 0.1mV 以上，而量測的碳管為了防止電流過大燒毀我們只 能在電流 5μA 以下環境下，保守估計如果後端阻抗的電阻小於 1kΩ 時，便超出我們的量測極限。事實上無法真正測量得到後端阻抗的 值，但我們可以間接證實以 Pt 合金為電極可以得到和純 Pt 電極接近 的很小的後端阻抗。
在上一小節中，我們僅知道 Pt 合金電極的後端阻抗很小，如果 也能證實前端阻抗也是很小，由於接觸阻抗會介於這兩者之間，所以 也就能證實接觸阻抗也是很小。在圖 3-9 中顯示，我們量測 PtTi 合 金的前端阻抗，其理由亦與後端阻抗的結果相似，我們亦無法很精確 地確認前端阻抗的值。因計算後其值亦在零附近正負震盪，而且前端 阻抗是經過兩次不同時間的量測所計算的結果，所以其誤差量會比後 端阻抗來得高。注意在基板分別施加 0V 和-20V 的電壓所計算出來的 值時，-20V 所得到的誤差量明顯的變小。這可能是因為碳管具有電 場效應，在基板給予負電壓，電流值會較穩定而且趨近於歐姆性，所 以其誤差亦變小。同樣地，如果前端阻抗計算的值仍是正負之間, 我 們亦間接得證以 Pt 合金的方式可以得到很小的前端阻抗。
3.2-5 Pt 合金的接觸阻抗
我們量測到 Pt 合金的後端阻抗其值小於量子阻抗值並不違背 Re<Rc的關係。而我們量測中前端阻抗值的在±100kΩ以內，並不違背 量子阻抗 6.5KΩ 的限制。
我們已經知道 Pt 合金與碳管的前端與後端阻抗很小，所以可以
間接證實接觸阻抗很小。驗證了我們以 PtTa 或 PtTi 等 Pt 合金的製