簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林俊宇
Lin, Chun-Yu
論文名稱: 奈米裂縫微影製程之開發與應用
Development of Nano-Crack Lithography and its Application
指導教授: 張允崇
Chang, Yun-Chorng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 理學院 - 光電科學與工程研究所
Institute of Electro-Optical Science and Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 奈米裂縫微影
外文關鍵詞: Nano-Crack Lithography
相關次數: 點閱:115下載:2
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本論文中將介紹以低成本且簡單快速的方式製作奈米的結構。利用黃光微影方式製程定義出光阻圖案,並藉由熱應力效應,在基板加熱降溫過程中,使光阻產生局部性的龜裂現象,此龜裂產生的裂縫可達奈米尺度。
    利用奈米裂縫微影製程,我們成功做出奈米線、奈米虛線以及奈米溝槽等奈米結構。實驗中發現到氧電漿處理參數是主要影響奈米結構尺度的重要關鍵,而以本製程的奈米金屬線平均線寬可達100nm,目前最小可達50nm,長度約為15μm。在實驗結果發現,對於光阻的幾何圖形與厚度以及熱應力的變化均會影響製程上的良率。此外,以20nm厚度的奈米銀線經過600°C熱退火處理30分鐘後,可使奈米線結構形成奈米虛線的結構,其顆粒徑長約100~150nm,顆粒間間隔達100~200nm。另外我們利用濕蝕刻方式在SiO2/Si基板上蝕刻出了約700nm寬的奈米溝槽結構,而寬度主要受氧電漿蝕刻與濕蝕刻所引起的側蝕所影響。
    我們成功的以奈米裂縫微影的方式製作出奈米線、奈米虛線、奈米溝槽等結構,而對於奈米的結構與元件的結合將來可應用在奈米光學與生醫光電上並做進一步的研究。

    In this dissertation, nanofabrication using Nano-Crack Lithography was systematically investigated. Fast and cost-effective fabrication of sub-micron nanowire can be achieved by Nano-Crack Lithography, which only requires conventional photolithography processes. Lithographic-patterned photo-resist was subsequently immersed into liquid nitrogen and the patterns crack under the enormous stress due to the temperature difference. These cracks are very narrow, usually nanometers in width, but the length can extend to several microns depending on the photo-resist pattern. Subsequent oxygen plasma treatment, metal deposition and lift-off, 15 m-long metallic nanowires with width smaller than 100 nm were successfully fabricated. Several experimental parameters such as the geometry sizes and the thickness of the photo-resist patterns, the temperature difference were also systematically studied to understand their effects on the nanowire fabrication yields.
    In addition, fabrication of nano-dot-lines and nano-trenches are also developed using Nano-Crack Lithography. Ag nano-dot-lines were fabricated by annealing the Ag nanowires to 600°C for 30 mins. Ag nanoparticles with diameters of ~100 nm were linearly aligned with inter-particle distance of ~100 nm. Silicon oxide nano-trenches were fabricated by performing the oxide etches immediately after the cracking of the photo-resist. Nano-trenches with width of 700 nm was obtain by wet silicon oxide etches.
    In conclusion, fabrication of one-dimensional nanostructures, such as nanowires, nano-dot-lines, and nano-trenches were demonstrated using Nano-Crack Lithography. By combining these nanofabrication processes, new nanostructures with novel applications can be achieved. Future development of this Nano-Crack Lithography should find important applications in fields of Nanophotonics and Biophotonics.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIII 第一章 簡介 1 1-1 研究動機 1 1-2 奈米線製程 2 1-2.1 VLS(vapor-liquid-solid)法 2 1-2.2 OAG(oxide-assisted)法 2 1-2.3 E-beam lithography法 3 1-3 Thin-Film-Fracture-Based Nanowire奈米線製程 4 1-4 奈米線與元件之應用 6 1-4.1 奈米線發光二極體 7 1-4.2 奈米線太陽能電池 8 1-4.3 奈米線雷射二極體 8 1-5 電子遷移效應 9 第二章 實驗儀器與奈米結構製程 11 2-1 製程儀器 11 2-1.1 黃光微影製程 11 2-1.2 電漿蝕刻機 13 2-1.3 高真空蒸鍍機 14 2-1.4 高溫爐管 14 2-1.5 液態氮 15 2-2 量測儀器 16 2-2.1 表面粗度儀 16 2-2.2 掃描式電子顯微鏡 16 2-2.3 原子力顯微鏡 18 2-3 結構製程 19 2-3.1 基板與清洗方式 19 2-3.2 金屬濕蝕刻 20 2-3.3 奈米線製程 22 2-3.4 奈米虛線製程 24 2-3.5 奈米溝槽製程 26 2-4 結論 27 第三章 奈米裂縫微影分析與討論 28 3-1 光柵圖案 28 3-1.1 奈米線製程與討論 28 3-1.2 光柵寬度對龜裂影響 29 3-1.3 光阻厚度的影響 30 3-2 蝴蝶結型圖案 32 3-2.1 光阻對基板的附著性 32 3-2.2 光阻面積對光阻龜裂良率的影響 33 3-2.3 角度對光阻龜裂良率的影響 35 3-2.4 高度對光阻龜裂良率的影響 37 3-2.5 兩尖端距離對光阻龜裂良率的影響 40 3-2.6 尖銳度對光阻龜裂良率的影響 40 3-2.7 光阻厚度對光阻龜裂影響 41 3-3 熱應力產生方式 43 3-4 結論 45 第四章 奈米結構分析與討論 47 4-1 奈米線 47 4-1.1 影響裂縫尺寸之因素 47 4-1.2 金屬厚度對舉離過程的影響 49 4-1.3 奈米金屬線之電特性量測 51 4-1.4 熱處理對奈米金屬銀線之影響 55 4-1.5 熱處理對奈米金屬銀線之結構變化 59 4-2 奈米虛線 60 4-2.1 基板對結構的影響 60 4-2.2 退火溫度對結構的影響 64 4-2.3 金屬線寬對結構的影響 67 4-2.4 金屬厚度對結構的影響 69 4-2.5 金屬薄膜退火後厚度變化 72 4-3 奈米溝槽 76 4-3.1 電漿蝕刻對寬度影響 76 4-4 結論 79 第五章 結論與未來展望 80 5-1 結論 80 5-1.1 奈米裂縫微影分析與討論 80 5-1.2 奈米結構分析與討論 80 5-2 未來展望 82 5-2.1 奈米線結合HEMTs感測元件製程 82 5-2.2 奈米線結合LED發光元件製程 84 參考文獻 85

    [1] R.S.Wanger,W.C.Ellis,Appl.Phys.Letters,4(1964),89

    [2] E.I.Givargizov J.Crys.Growth,31(1975),20

    [3] J. Zhang et al. Journal of Chemical Physics,115
    (2001),5714

    [4] M. Gudiksen et al.,J. Am. Chem. Soc.,122(2000),8801

    [5] Adv.Mater.,15(2003),635

    [6] Science,299(2003),1874

    [7] 蕭程允,國立交通大學生物科技學系

    [8] Small 2008,4,No. 12,2214–2221

    [9] Nano Lett.,Vol. 6,No. 8,2006

    [10] NATURE,Vol 449,18 October 2007

    [11] NATURE,Vol 421,16 January 2003

    [12] 王祥文“電遷移效應對錫微結構影響之探討”2002,國立中央大學,
    化學工程與材料工程研究所,碩士論文

    [13] 國立成功大學.光電科學與工程研究所.黃光製程共同實驗室.光罩
    對準儀SOP

    [14] Clariant(Japan) K.K Technical & Production Dept. MSDS

    [15] Wikipedia

    [16] 國立成功大學微奈米科技研究中心儀器SOP

    下載圖示
    校外:立即公開
    QR CODE