【實驗目的】

運用原子力顯微鏡奈米氧化技術搭配電漿蝕刻機及金屬舉離製程來製作圖案化奈米金屬線

【所需器材】

矽基板

原子力顯微鏡

AFM Si探針

Ti金屬蝕刻液

氧氣電漿蝕刻機

鍍膜機台

【實驗原理】

對於製作磁性奈米結構的國際間進展，在以電致氧化、電致脫附製作奈米結構方面：於原子力顯微鏡探針上施加一負電壓致使探針與金屬間產生一高電場，將使得探針、金屬及其間之水橋產生電化學反應，因而造成金屬氧化，再依選擇性蝕刻將金屬氧化物去除，即可得出金屬遮罩。

國際間在這方面的報導以Al, Ti, Cr, Ni等金屬為主，乃因其易於氧化且容易找到具選擇性之腐蝕液，以Ti及TiO₂為例(參看圖1)：若選擇較低之H₂O₂/H₂SO₄配比則可獲得近5倍之選擇性蝕刻(TiO₂之腐蝕率為Ti的5倍)，因此就可利用腐蝕液於有限的時間下將TiO₂徹底的腐蝕掉而仍保有Ti的結構，藉由此一方式再配合其他製程即可製作奈米結構，如圖2所示即為一典型的奈米結構製程，首先利用原子力顯微鏡於鋪有PMMA及Ti膜之樣品上製作出Ti的奈米氧化圖案，藉由選擇性蝕刻將TiO₂加以去除，接著利用反應式離子蝕刻將裸露之PMMA加以深蝕刻至基板裸露，繼而將欲成長之材料蒸鍍於樣品上，配合舉離的程序，即得奈米結構。

【實驗方法及步驟】

1. 將裁切後之1cm x 1cm矽基板清潔

2. 旋鋪光阻

3. 蒸鍍Ti金屬約4nm

4. 使用Si探針於接觸式模式下進行原子力顯微鏡氧化，隨後進行AFM影像掃瞄

5. 利用H₂O₂/H₂SO₄溶液進行TiOx金屬氧化物蝕刻

6. 於電漿機內通入氧氣進行電漿蝕刻光阻10分鐘，隨後進行AFM影像掃瞄

7. 利用鍍膜機台蒸鍍任意金屬30nm

8. 利用光阻去除液進行舉離，隨後進行AFM影像掃瞄

【實驗結果】

以”S”形圖案為例

1. AFM探針氧化

2. 氧氣電漿蝕刻

3. 鍍膜舉離