2016 年 12 月出版
科儀新知 第 209 期
奈米檢測技術專題
奈米檢測技術應用 [ 下載 PDF ]
蘇健穎, 朱念南, 蕭銘華, 蕭健男, 陳峰志
奈米科技的蓬勃發展，主要歸因於先進製程技術、原子級操控技術以及奈米檢測技術的提升。奈米科技為原子、分子等級的介觀性質研究，更需仰賴精密檢測儀器進行分析。本文透過奈米計量單位、奈米檢測技術簡介、年度盛事等章節，說明當前奈米檢測技術的重要性。
掃描微波阻抗顯微鏡：介電常數與電導率的奈米級成像 [ 下載 PDF ]
黃壯群, Benedict Drevniok, Peter de Wolf, St. John Dixon-Warren, Oskar Amster, Stuart Friedman, Bede Pittenger, 李春增, 楊永亮, 陳彥甫
掃描微波阻抗顯微術 (scanning microwave impedance microscopy, sMIM) 是以原子力顯微鏡 (atomic forcemicroscope, AFM) 為平台的分析技術，應用於分析材料和元件特性。從針尖與樣品界面反射的微波掌握了針尖下方樣品表面的電性訊息，即時偵測並分析處理反射的微波訊號，使得掃描微波阻抗顯微鏡能直接取得材料的的介電常數和電導率，從而取得針尖底下奈米微區上的樣品電性，伴隨著探針在樣品表面的掃描，掃描微波阻抗顯微鏡可以直接對樣品表面的介電常數和導電率進行二維甚至三維成像。當原子力顯微鏡型式的掃描微波阻抗顯微鏡探針在樣品表面掃描時，掃描微波阻抗顯微鏡能將電阻 (sMIM-R) 與電容 (sMIM-C) 特性的變化成像，由於掃描微波阻抗顯微術是基於探針尖與樣品之間的電容耦合，所以這種偵測方法不需要與樣品有電性導通的接觸；而在導通的情況下，於樣品或待測元件上施加交流偏壓，掃描微波阻抗顯微鏡就類似傳統的掃描電容顯微鏡，能提供載子分布輪廓，以相同的方式，掃描微波阻抗顯微鏡也能提供獨特的非線性電阻特性成像。兼具一般性訊號與樣品交流偏壓調制訊號，掃描微波阻抗顯微鏡可適用於研究具有複雜組成的材料表面或者待測元件，例如良導電性、半導電性以及絕緣性的區域。做為一種近場方法，掃描微波阻抗顯微鏡的解析度僅受限於探針的針尖半徑，其電性成像可輕易達到 20 nm 以下的橫向解析度。使用具有同軸遮罩結構的波導探針，高訊雜比以及 aF 以下的靈敏度得以在掃描微波阻抗顯微鏡中實現。有這些獨特的能力，掃描微波阻抗顯微鏡在應用範圍的廣度上優於其他以原子力顯微鏡為基礎的量測模式。本文將介紹掃描微波阻抗顯微術與多功能原子力顯微鏡平臺的整合，當其與峰值力輕敲模式結合時，有機會在脆弱的樣品上 (如奈米碳管) 得到掃描微波阻抗顯微術的量測結果。
三維原子探針簡介 [ 下載 PDF ]
顏鴻威
三維原子探針是當代唯一能夠提供三維度影像以及定量化學成分鑑定的原子級材料分析技術。它已經被應用在冶金、電子、半導體、光電、能源、地質、以及生醫研究等諸多科技領域。本文主要提供了原子探針的歷史與原理，期待能供讀者對三維原子探針的基礎認識。
應用同步輻射硬 X 光研究奈米材料 [ 下載 PDF ]
許火順, 莊裕鈞, 張仲凱, 賴彥仲, 張仲傑
台灣發展同步輻射已經三十幾年，最初十年克服萬難興建了第一座台灣光源，1994 年台灣光源開放到今年 9 月台灣光子源啟用已整整 22 年，台灣終於有了先進的同步輻射硬 X 光光源。台灣光子源屬於中能量第三代同步輻射，在全世界同步輻射中 X 光亮度名列前茅。在硬 X 光區可以做到奈米級光點，供奈米探測使用。也可以提供高同調性光源，給高解析度光譜以及 X 光散射、繞射研究之用。對於奈米材料科學研究，頗有助益。本文除敘述同步輻射發展歷程外，並以應用台灣光子源的高解析度粉末繞射於奈米材料研究為主，旁及其他幾種 X 光分析技術。
利用半導體儀器設備技術發展二維電子通道材料元件製程近況 [ 下載 PDF ]
陳旻政
本文將針對近五年來，新穎過渡性金屬硫屬化合物－二硫化鉬在半導體製程與元件發展近況做一簡單的介紹。首先就其利用半導體儀器設備技術相容的製備方法及特殊層狀薄膜表面處理方式探討其獨特的原子層級通道材料特性。然後就其在奈米電子元件應用上對於原子級通道尺寸、低電壓操作及三維堆疊發展方向進行說明。此半導體 CMOS 製程儀器設備相容的先進二維電子通道材料整合技術將可以為下世代非矽製程的奈米半導體製程技術帶來一可行的方案。
微波電漿化學氣相沉積系統製作混合碳奈米纖維／碳化矽錐形奈米結構 [ 下載 PDF ]
鄧伊茹, 簡賸瑞
本文介紹以微波電漿化學氣相沉積系統製備出一結合碳奈米纖維與碳化矽且具有優異場發射性質的新穎錐形複合結構。穿透式電子顯微鏡分析結果顯示，該新開發的錐形複合結構其頂端的碳奈米纖維乃鯡魚骨狀類型同時包含竹節狀結構，而底部的奈米錐為碳化矽層包覆單晶矽平頂結構。利用此碳奈米結構作為場發射元件時，其驅動電場強度可下降到 0.32 V µm−1 (於電流密度達 10 mA cm−2)，發射電流密度在電場強度 1.05 V µm−1 下可上升至 668 mA cm2，且具有極大的場效增強因子 ~48349。此外，在電場強度 1 V µm−1條件下，電流密度仍可維持在 200 mA cm−2 超過 260 分鐘沒有明顯的衰退。該結構具有優異的場發射特性可歸因於具有竹節狀結構的鯡魚骨類型碳奈米纖維有著更多開放的石墨片層邊緣以及頂端具有尖角形貌，同時底部錐形的碳化矽/矽結構提高與基材間的附著力。此結果意味著該錐狀複合結構乃一極佳場發射材料。
感應耦合電漿離子蝕刻技術應用於 3D IC 玻璃穿孔導線封裝研究 [ 下載 PDF ]
湯喻翔, 蕭銘華, 游智勝
隨著晶片趨向輕薄短小、低耗電、低成本與多功能的需求，故晶片在系統中可使用的空間愈來愈小，因此發展三維玻璃穿孔導線 (through glass via, TGV) 技術可以有效提供晶片間在垂直方向之電訊連接，進而縮短其傳輸距離，成為該領域中較為突出且重視的一項技術。本研究主要目的在探討玻璃穿孔製程，使用感應耦合電漿離子蝕刻 (inductively coupled plasma-reactive ion etching, ICP-RIE) 系統，以八氟環丁烷 (C4F8) 與氦氣 (He) 混和氣體作為反應氣體，對石英玻璃進行穿孔結構製作，探討改變基板厚度、孔洞尺寸及蝕刻遮罩對表面形貌、蝕刻率及側壁垂直度等影響。實驗結果發現以最佳參數製程可得到一最快蝕刻速率約為 0.408 µm/min，蝕刻穿孔後深度可達 150 µm、穿孔直徑製程能力可達 50 µm 及側壁垂直度可達 89°。
金奈米樹枝晶叢林應用於可見光增強甲醇氧化反應 [ 下載 PDF ]
林峻霆, 蕭銘華, 張茂男, 曾繁根
光增強甲醇氧化反應為近年來光－燃料電池的重要研究課題。先前技術對於光增強甲醇氧化反應觸媒的研究多聚焦於金屬－半導體複合材料。本研究提出利用三維金奈米樹枝晶叢林做為光電極，在可見光照射下增強甲醇氧化反應。此純金屬奈米結構同時具有觸媒及光觸媒之功效。本研究使用氟離子輔助加凡尼取代反應 (fluoride assisted galvanic replacement reaction)，於室溫條件下，在矽 (Si) 基材上快速成長了三維金奈米樹枝晶叢林結構，同時研究其材料特性及光觸媒效果。在 Au 奈米樹枝晶上，甲醇氧化電流在寬頻可見光照射下 (69 mW⋅cm−2；λ < 400 nm) 提升了 28%。我們更進一步比較了不同波長入射光對於甲醇氧化電流增強效果之差異，並且引入局部表面電漿子共振 (localized surface plasmon resonance) 模型解釋此隨波長改變的光增強現象。此外，本研究提出的低成本、快速且可室溫操作的矽基金屬奈米樹枝晶製造方法，也為未來製造大面積自站立三維金屬奈米結構提供了新的思維方向。
台灣光子源 開創未來的光 [ 下載 PDF ]
