2014 年 3 月出版
科儀新知 第 198 期
微奈米技術應用專題
應用微懸臂樑生物晶片於藥物篩選系統 [ 下載 PDF ]
吳志偉
台灣地處於亞熱帶地區，為日本腦炎、登革熱、腸病毒的主要疫區。但至今對此類傳染疾病卻無真正有效的藥物可以防治，故了解病毒感染歷程，進而開發有效的抗病毒藥物是現今當務之急。常見與病毒相關之檢測分析，皆須使用實驗室之大型儀器，雖然檢測設備性能優異且結果準確，但伴隨有檢測時間長、所需樣本多、無法即時觀測、成本昂貴等問題。本研究利用微機電製程技術，結合微型懸臂樑感測結構、微流道系統、光學量測、水膠材料，製作一微懸臂樑藥物篩選晶片用以紀錄病毒感染歷程，並對抗體或抗病毒藥物進行抑制作用評估，以達到藥物篩選之目的。本系統針對不同種病毒，在不同病毒濃度的狀況下，成功紀錄其完整感染歷程，發現日本腦炎病毒有明顯的病毒侵入、複製、脫離時期，與其同病毒屬之登革病毒亦有相似之感染歷程。茲此實驗結果，本研究進一步對各種病毒具療效之專一抗體與不具療效之非專一抗體與病毒同時注入系統內，可於數小時內驗證專一抗體確有抗病毒之療效，免除傳統免疫分析之繁瑣與費時。此外，亦對藻類萃取物進行篩選，驗證其確有抵抗登革熱病毒之能力。綜上所述，本系統成功達成紀錄病毒感染歷程與藥物篩選，相信對於藥劑、保健食品、或疫苗開發將有相當助益。
化學束磊晶系統成長氮化銦磊晶薄膜之製程研究 [ 下載 PDF ]
陳維鈞, 田志盛, 吳岳翰, 郭守義, 賴芳儀, 蕭健男, 張立
III-V 族半導體中的氮化銦 (Indium nitride, InN) 在光電與電子元件中是具有相當潛力的材料，如高載子遷移率、高漂移速度峰值、低電子質量與 0.65–0.7 eV 之能隙等優點。而目前大多數的 InN 樣品是使用分子束磊晶 (MBE) 與有機金屬氣相沉積 (MOCVD) 方式製備，但受限於 InN 本身之物理性質，要成長高品質InN 是具有挑戰性的，由於 InN 之熱裂解溫度約為 600 °C，無法於高溫中成長，因此目前成長高品質 InN 仍然是以 MBE 為主要鍍膜方法。本研究中使用的磊晶方式為電漿輔助化學束磊晶系統，可結合 MBE 與 MOCVD 兩者之優點成長 InN ，使用三甲基銦與電漿解離之氮原子做為 V 族與 III 族之來源，而影響 InN 結晶品質優劣的重要因子有基板種類、緩衝層、製程溫度與 V/III 流量比等。因此成長極性 InN 薄模，並分析其結構與光電特性。實驗結果指出，在 V/III 流量比於 1.81 時有最佳結晶品質，其 (0002) 與 (1012) x-ray rocking curve 半高寬分別為 455 arcsec 與 1070 arcsec。由穿透式電子顯微鏡 (TEM) 之分析，可知 InN 與 GaN 緩衝層之磊晶關係為：(0002)InN//(0002)GaN 與 [1120]InN//[1120]GaN，並且 InN 中含有高密度之基面疊差。另一方面，當 V/III 流量比約為 1.81 時，InN 有較高之沉積速率，約為 1.9 µm/h，並且會隨著 V/III 流量比減少而增加。
原子層沉積技術之發展與應用 [ 下載 PDF ]
柯忠廷, 陳敏璋
原子層沉積技術 (atomic layer deposition, ALD) 是當今半導體製程中非常受到重視與仰賴之奈米超薄膜 (ultrathin film) 沉積技術。ALD 製程技術可以將奈米超薄膜的厚度精準地控制在原子級尺度，同時具有大面積均勻成長與在高深寬比結構上均勻覆膜的能力，是目前 12 吋矽晶圓與鰭式場效電晶體 (fin field-effecttransistor, FinFET) 製程上相當關鍵的技術。本文將詳細介紹 ALD 製程的原理，並根據筆者多年的經驗，由製程機制與設備設計等不同的觀點，探討各項影響薄膜沉積結果的關鍵因素。除此之外，本文也會介紹近年來愈來愈重要的 ALD 金屬製程，以及分享筆者實驗室在白金與銀的 ALD 製程之觀察與心得。最後，本文將介紹 ALD 技術在奈米表面電漿子 (nanoplasmonics) 上之應用。
結合奈米碳管之熱電式微型發電器 [ 下載 PDF ]
葉峻嘉, 楊閔智, 戴慶良
熱電式微型發電器是利用標準 CMOS (complementary metal oxide semiconductor) 製程技術製作，由 CMOS 製程中的多晶矽層，透過摻雜形成 P 型和 N 型所組成的 370 組熱電偶串聯而構成，為了提高微發電器的轉換性能，於熱電偶熱端上方設計高熱傳導係數的金屬鋁，並披覆上吸熱薄膜－奈米碳管，接收外部熱源溫度，搭配反應性離子蝕刻 (RIE)，將熱電發電器底部的矽基材掏空，使結構懸浮，利用空氣的低熱傳導率，防止熱量從熱電偶透過矽基材散失；冷端熱電偶則包覆於氧化矽層中，利用氧化矽層的低熱傳導率特性隔絕熱源，使熱電偶兩端形成溫差，接著利用有限元素軟體 (ANSYS) 模擬微發電器接收熱能時，內部所產生的溫度分布與溫度梯度變化。實驗結果顯示，於 400 K 的熱源溫度下，未披覆吸熱黑體薄膜－奈米碳管的熱電發電器，產生的輸出電壓與輸出功率分別為 0.90 mV 與 1.72 pW；而披覆奈米碳管薄膜後，此熱電發電器的輸出電與輸出功率分別提升至 1.56 mV 與 5.16 pW。此微型熱電發電器於披覆奈米碳管薄膜後，電壓因子和功率因子分別為 0.23 mV/K/mm2 與 0.75 pW/K/mm2。
以金屬應力自組法製作三維裂環共振器及其特性分析 [ 下載 PDF ]
陳哲勤, 湯喻翔, 蕭銘華, 蔡定平
裂環共振器為人造光學超穎材料最重要之基本結構之一，在邁向更高頻應用中，三維化的課題則是現階段所遭遇的最大困難點。本研究提出一項簡單的製程架構，結合微影術與乾式蝕刻技術，利用金屬應力自組法，可輕易地製作紅外波段之三維裂環共振器，並透過光譜量測及數值模擬分析，研究電磁波與元件交互作用所顯現之光學特性。
二氧化鈦奈米材料應用於甲醛氣體感測 [ 下載 PDF ]
吳仁彰, 賴曉芳, 鄭創元
本研究合成出自製奈米二氧化鈦 TiO2、Au/TiO2 及 Pd/TiO2 感測材料，並利用 X 光繞射 (X-ray diffraction,XRD) 及穿透式電子顯微鏡 (transmission electron microscope, TEM) 儀器將這些材料進行定性之研究，以了解其微結構，並將此材料應用於甲醛氣體感測研究。研究項目有感測信號 (sensor response)、反應時間 (response time)、回復時間 (recovery time) 與重覆性測試 (repeatability test)。研究中發現添加 Au 與 Pd 於TiO2 表面可以增加 TiO2 之感測信號約三倍，並降低反應時間及回復時間。本研究提出了甲醛感測之反應機構 (sensing reaction mechanism)，期望未來能研究出學術創新及實用性高的新材料高靈敏度甲醛氣體感測技術。
同軸式全像資訊儲存系統之理論模型 [ 下載 PDF ]
鄭智元, 余業緯, 孫慶成
全像資訊儲存技術俱備超高儲存容量與及二維資訊存取技術，而被視為最具潛力的下世代儲存技術。本研究藉由相位疊加法以及純量繞射理論建立了同軸式全像資訊儲存系統之理論模型，以此理論模型推導出之近軸近似解，可幫助我們掌握系統的物理特性，我們藉此提出最佳解決方案。本文首先探討參考光分布對點光源擴散響應以及位移選擇性的影響。接著在參考光加入相位調製，有利於使用較低功率的雷射光源以及系統微型化，並且減少點擴散響應半寬。藉此增加單一頁面內位元資訊，進而同步提升系統儲存容量與讀寫速度。
用於微細血管脈絡造影光學解析度光聲顯微影像系統之開發 [ 下載 PDF ]
孫斌瀚, 李夢麟
許多重要疾病如腫瘤的研究，皆與血管有著密切的關係。在此研究中，我們基於非聚焦式超音波換能器，建立一套可應用於活體小動物微細血管脈絡造影之光學解析度光聲顯微影像系統 (optical resolutionphotoacoustic micro-imaging system, OR-PAM)。光聲造影 (photoacoustic imaging) 為一種基於光聲效應之新穎生醫造影技術，對於微細血管造影來說，此技術最大優點為不需標定的高光學吸收對比，且為非侵入式的成像技術，同時可進行血液相關重要參數，如血紅素濃度及血氧飽和濃度的功能性造影。傳統的光學解析度光聲顯微影像系統，使用機械式掃描及聚焦式超音波換能器來提升系統之訊雜比，但機械式掃描會增加系統成像時間。光學式掃描可以解決此問題，但系統的光學物鏡與聚焦式超音波換能器會限制系統之視野，本系統選用非聚焦式超音波換能器增加系統之視野，並針對非聚焦式超音波換能器所造成之空間脈衝響應優化超音波換能器中心頻率、尺寸及成像距離的選擇，以改進訊雜比。實驗結果證實本系統之於影像平面空間解析度可達 13.5 微米，並可用於活體微細血管脈絡造影。未來工作重點將放在系統掃描速度的提升、空間解析度的改進及多波長功能性血管造影上。
