由先前的製程 A-E 之中，我們希望能擷取各製程上的特性，製程 A 與製程 B 較容易成晶，製程 C 與製程 D 具有較好的薄膜平坦度，而製程 E 決定了沉積鉍或 是氧化鉍的過程中基板不適合在高溫中，統整以上製程，決定嘗試以製程 F 製作 樣品。
製程 F：常溫鍍純鉍後，於 2*10-3 Torr 氧分壓下通氧鍍鉍，300oC 退火 3 小時 在基板與基座前置作業完成後，待腔體抽至背景壓力 2*10-5 Torr 以下，以及 基座溫度降至 40oC 以下，移入基座擋板，打開鎢舟電流源，讓鎢舟升溫至有穩定 度率 0.1Å/s，移開基座擋板，沉積純鉍薄膜 10nm，再移入基座擋板，並且通入氧 氣流量 0.02L/min 並維持壓力在 2*10-3 Torr 下，再次確認鍍率維持於 0.1 Å/s 後移 開基座擋板，沉積氧化鉍 40nm，再次移入擋板，維持同壓力下調降鎢舟電流源緩 慢降至零，並將石英加熱燈管通入電流加熱基座，以 0.1oC/s 的速率升溫至 300oC，
持溫持壓 3 小時，待完成後持壓下將加熱燈管的電流源以 0.1A/min 緩慢調降至歸 零，等到基座溫度降至 40oC 以下，停止氧氣的通入，關上八吋閥門並關閉分子渦 輪幫浦後破真空取出樣品。
製程編號 樣品組成
20130122-1 Si(100)/ Bi/Bi2O3 20130122-2 Si(111)/Bi/ Bi2O3
20130122-3 Glass/Bi/ Bi2O3
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Fig.75 20130122 製作流程簡圖與玻璃基板樣品圖
鍍鉍氧化退火伴隨著粗糙度過大與通氧鍍鉍多晶薄膜，對於這兩組製程實驗 結皆不太讓人滿意，所以我接下來引用了我們實驗室以前的碩士班學長，楊凱舜 的製程構想並稍做些修改[39]，結果令人意外的是，不但大大的引致了β 相 Bi2O3， 並且還形成了優選晶向(201)的薄膜晶體結構(Fig.76)。
而製程 F，在 10nm 的純鉍薄膜再常溫鍍上 40nm 通氧鍍鉍的氧化鉍薄膜，再 300 oC 通氧退火 3 小時，此時可以從表面形貌上觀察到，比之製程 B 平坦許多，
與製程 C、D 相較略微平坦的 β 相 Bi2O3(201)優選晶相之薄膜(Fig.77)，此結果代 表經由 Sub/Bi/ Bi2O3薄膜結構下於 2*10-3 Torr，不但擁有優異的優選晶相，並且可 以保證相當程度表面粗糙度的下降。
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20 40 60 0
7000 14000
Si(400)
Bi2O3(402) Bi2O3(201)
Intensity (Counts)
2theta(degree)
Sub Glass Sub Si(100)
Fig.76 20130122 先具有底層鉍薄膜的再通氧鍍鉍氧化退火 XRD 晶相圖
Fig.77 20130122-3 玻璃基板上之 AFM 表面形貌
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針對此一β-Bi2O3(201)優選晶面的產生，我們提出了以下形成的機制，Fig.78 圖右為 rhombohedral 結構，空間群代號 166 的 Bi(001)晶面上的原子結構圖，此時 Bi 原子間距為 4.547Å，(001)晶面間距 11.862Å，而圖左是為 tatragonal 結構，空間 群代號 114 的β-Bi2O3(201)晶面上的原子結構圖，深綠色為 Bi，紅色為 O，而顏色
製程 G(詳見下節)，這一現象在低氧分壓下，因為氧化速率很慢，導致就算有 上層的β-Bi2O3拉住，在升溫與退火過程中 Bi(001)晶面依然可以翻轉至別的晶面，
由此足以佐證上述之說法，顯示β-Bi2O3(201)面確實對下層的 Bi 產生影響。
這種上下層薄膜之間具有磊晶關係，並互相束縛原子結構的方式，可以讓我 們在薄膜製程中，控制薄膜垂直膜面上的晶向，並且給予一個束縛能，使其克服 當溫度達到一定程度時，垂直膜面上的晶向翻轉這樣的現象在 Bi 及 Bi2O3 相關文 獻中國際間均未報導過，為國際間首次發現。
Fig.78 (左) β-Bi2O3(201)截面上的原子 (右) Bi(001)截面上的原子