若在真空中施加焦耳熱效應可以減少熱傳導，有效地將大多數熱能集中在電 阻式 nanobelt 矽奈米元件元件中間低參雜區域，可減少施加焦耳熱效應功率以減 少對元件傷害，本實驗為將修飾上 MPEG-sil 晶片放入 4156 probe station 中，利 用機械幫浦抽真空後再施加焦耳熱效應並比較在大氣環境以及真空環境下所產 生的感測區長度大小。圖 3-7-1(a)為大氣環境中不同焦耳熱功率對產生感測區大 小結果；圖 3-7-1 (b)為真空中不同焦耳熱功率對產生感測區大小結果，由圖 3-7-1 (a)(b)結果可知在真空環境下只需 50 V， 5 µs 即可產生長度大約 2 µm 的感測區，
而在大氣環境下需要 60 V， 5 µs 才可產生長度大約 2 µm 的感測區；圖 3-7-1 (c) 則為大氣環境下不同功率焦耳熱效應所產生的感測區螢光圖；圖 3-7-1 (d)為真空
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下不同功率焦耳熱效應產生螢光圖，經由實驗結果得知在真空中施加焦耳熱效應 的確可降低施加功率。
圖 3-7-1、比較真空和大氣環境下施加焦耳熱效應產生的感測區域大小 (a) 大氣 環境下施加功率對長度分布圖 (b) 真空環境下施加功率對長度分布圖 (c) 大氣
環境下不同功率螢光圖 (d) 真空還境下不同功率螢光圖。
由於已經利用電阻式 nanobelt 矽奈米元件驗證真空中作焦耳熱效應的確可 降低施加焦耳熱功率，因此也將單晶矽 nanobelt 矽奈米元件在真空中施加焦耳熱 效應探討對元件特性影響，首先將矽奈米元件按照 2-3-1 節修飾上 MPEG-sil 並 量測其 ID-VG，之後在真空中施加焦耳熱效應，其功率和時間分別為 5 V， 1 min、
10 V， 10 s、15 V， 1 min、20 V， 1 min，且在 3-3 節已有單晶矽 nanobelt 矽 奈米元件在上述功率時間下的螢光顯微鏡圖和側向力顯微鏡圖，因此若能確認上 述功率時間下對電性的影響，確定施加焦耳熱效應是否會影響單晶矽 nanobelt 矽奈米元件的閘極控制能力，將有助於應用於生醫感測。電性量測部分是利用 liquid gate，而溶液是利用緩衝溶液(PBS)，由於單晶矽 nanobelt 矽奈米元件為 N 型半導體，故閘極電壓從-1 V 調動到 1 V，閘極電壓施加到-0.25 V 時進入次臨界
70 為 126 mV/dec，由上述結果可得知在真空中作焦耳熱效應可維持單晶矽 nanobelt 矽奈米元件的次臨界電斜率，並使得元件的 off current 下降，對於元件的影響較
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施加焦耳熱效應使得元件的 off current 下降，推測原因為電洞注入所抑制漏 電流(band-to-band hot hole injection)，橫向電場夠大使得電子加速到汲極端所產 生電子電洞對，緊接著產生的垂直電場將電洞吸引至氧化層中，降低垂直電場的
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圖 3-7-2、真空中施加焦耳熱效應不同功率時間電性圖 (a) 5 V， 1 min (b) 10 V， 10 s (c) 15 V， 1 ms (d) 20 V， 1 ms (e) 25 V， 1 ms。
圖 3-7-3、大氣環境下施加焦耳熱效應不同功率時間電性圖 (a) 5 V， 1 min (b) 10 V， 10 s (c) 15 V， 1 ms (d) 20 V， 1 ms。
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