電子束微影術(shù)制作高頻表面聲波元件

1、電子束微影術(shù)製作高頻表面聲波元件指導(dǎo)教授：中興大學(xué)物理系 孫允武博士 彰化師大物理系 吳仲卿博士學(xué)生：歐俊裕目錄摘要2簡(jiǎn)介3實(shí)驗(yàn)原理6第一節(jié) 表面聲波元件6 1.1表面聲波.6 1.2 表面聲波元件.6第二節(jié) 電子束微影術(shù)7 2.1微影技術(shù).7 2.2 電子束微影術(shù).8製程及實(shí)驗(yàn)步驟.11第一節(jié) 圖形繪製.11第二節(jié)LiNBO3基版之SAW元件製作.12 2.1避免Charged up 現(xiàn)象.12 2.2製作打線區(qū).13 2.3電子束微影術(shù).13 2.4使用RIE蝕刻鍺(Ge) .17 2.5元件製作結(jié)果.17第三節(jié)GaAs基版之SAW元件製作.18 3.1元件製作結(jié)果.18第四節(jié)數(shù)據(jù)測(cè)量.1

2、9 3.1樣品封裝.19 3.2量測(cè)系統(tǒng)配置.20 3.3量測(cè)程式設(shè)計(jì).22 3.4量測(cè)數(shù)據(jù)與訊號(hào)分析.23結(jié)論.26未來展望.26參考書目.27摘要本實(shí)驗(yàn)利用電子束微影術(shù)的方法在半導(dǎo)體壓電材料GaAs上製作線寬500nm中心頻率1.26Ghz以及在絕緣體壓電材料LiNbO3上製作線寬700nm，中心頻率1.28GHz的高頻表面波（Surface Acoustic Wave，以下簡(jiǎn)稱SAW）元件，並使用最直接的測(cè)量方法量得此高頻表面聲波元件在時(shí)間域(Time Domain)及頻率域(Frequency Domain)的訊號(hào)。 SAW元件在現(xiàn)代高頻通訊相關(guān)系統(tǒng)上是一個(gè)十分重要的元件，它除了可以用

3、來製作濾波器、延遲線甚至訊號(hào)處理及調(diào)變之外，它更可用來製作高靈敏度的偵測(cè)器。 電子束微影術(shù)是現(xiàn)代製作奈米元件、結(jié)構(gòu)的主要工具，故名思義，是用電子束來曝光電子阻劑，因?yàn)殡娮拥睦@射極限遠(yuǎn)小於光的繞射極限，因此可以製作奈米級(jí)線寬的元件及結(jié)構(gòu)；因?yàn)槭抢秒娮邮鴣懋?dāng)作曝光的光源，所以基版的電性就直接影響微影術(shù)的參數(shù)，而基版就會(huì)有選擇性，導(dǎo)體及半導(dǎo)體可以用來當(dāng)作曝光的基版，而絕緣體會(huì)在表面產(chǎn)生電荷累積(Charged up)的狀況，不適合使用電子束微影術(shù)；本次實(shí)驗(yàn)所選擇的壓電材料為GaAs以及LiNbO3，其中LiNbO3是絕緣體材料，並不適合使用電子束微影術(shù)，但本實(shí)驗(yàn)在電子束微影術(shù)的過程中，在LiNbO

4、3基版表面鍍上一導(dǎo)電層鍺以導(dǎo)掉表面累積的電荷，使得電子束微影術(shù)能用在LiNbO3基版上製作SAW元件。 SAW元件的頻率高達(dá)1.28GHz，直接量測(cè)到時(shí)間域的訊號(hào)有很大的困難，必須使用功能強(qiáng)大且頻寬很寬的儀器才能直接量得SAW訊號(hào)，所以在本實(shí)驗(yàn)的量測(cè)上，我們特別使用取樣頻率8GHz、頻寬1.5GHz的Agilent 54845A 1.5GHz 高頻數(shù)位示波器以及Agilent E4421B 3GHz高頻訊號(hào)產(chǎn)生器，成功的直接量測(cè)到SAW在時(shí)間域的訊號(hào)以及延遲線SAW元件的時(shí)間延遲，並撰寫LabView程式，以電腦控制高頻訊號(hào)產(chǎn)生器及高頻示波器量測(cè)SAW元件的頻率對(duì)穿透的關(guān)係。簡(jiǎn)介表面聲波在目前

5、學(xué)術(shù)界上的應(yīng)用十分廣泛。例如聲電電流傳輸效應(yīng)（I=N0ef）上 ，電流可由表面聲波的頻率來控制，也就可以進(jìn)一步達(dá)到單一電子的載運(yùn)1，甚至可用來界定做為電流的標(biāo)準(zhǔn)；又如在影像應(yīng)用上，亦可介由在待測(cè)物上的表面聲波傳遞，透過雷射、電子束（SEM）及表面探針（AFM）等方法，可得到高解析度的影像資料2 。而另一個(gè)熱門的應(yīng)用方向就是使用表面聲波的聲電效應(yīng)來探測(cè)物質(zhì)的許多特性，進(jìn)而可將其當(dāng)作一靈敏度極高的偵測(cè)器3，這也是我們?cè)诖搜芯康闹饕较颉?半導(dǎo)體壓電材料的壓電係數(shù)十分小，所以在表面聲波的量測(cè)上較為困難，但我們希望能夠在半導(dǎo)體壓電材料GaAs上製作高頻SAW元件，透過表面聲波對(duì)導(dǎo)電度變化非常敏感的特性

6、，藉此量測(cè)二維電子氣體系統(tǒng)的導(dǎo)電度變化及其他物理特性，1986年有人使用一對(duì)IDT（interdigital transducer）延遲線SAW元件，以其中一端為發(fā)射器，另一端為接收器測(cè)量在低溫高磁情況下表面波與二維電子氣體系統(tǒng)的交互作用4 在此介紹一關(guān)於探討表面波能量和頻率與磁場(chǎng)間相互作用關(guān)係的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。其中有關(guān)表面波元件的製作與示意圖如Fig 1所示5：Fig 1 表面聲波元件示意圖這是典型的表面波元件示意圖。在半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)上使用high-mobility的二維電子氣體系統(tǒng)，並在GaAs上直接鍍上IDT(interdigital transducer)延遲線模式，用來做傳播與接收訊號(hào)的電

7、極，而表面波的波長(zhǎng)由IDT的週期來決定。在此表面波元件的中央即是表面聲波傳遞的區(qū)域，且由尺標(biāo)中可看出表面波傳遞的方向與晶格方向必定有關(guān)。這裡將表面波的傳遞方向限制在(100) surface 110 propagation。 在半導(dǎo)體壓電材料上壓電係數(shù)非常小，而且傳播速率較一般壓電材料慢，所以要製作高頻的SAW元件並有足夠大的訊號(hào)測(cè)量二維電子氣體導(dǎo)電度變化，較有困難，所以在論文的另外一個(gè)部分提出使用近接耦合（Proximity coupling）訊號(hào)的方式使用LiNbO3製作的SAW元件量測(cè)二維電子氣體系統(tǒng)，如Fig2所示，二維電子氣體樣品（GaAs）利用頂針壓在LiNbO3SAW元件的延遲線

8、上。Fig 2 LiNbO3表面聲波元件量測(cè)示意圖關(guān)於訊號(hào)處理部份，裝置圖如Fig 3 5：Fig 3 實(shí)驗(yàn)裝置圖有關(guān)訊號(hào)處理部份，首先使用RF脈衝訊號(hào)(頻寬約0.11s，Duty cycle為10kHz)，將此訊號(hào)經(jīng)過發(fā)射電極進(jìn)入半導(dǎo)體樣品中，再由接收電極接收(延遲時(shí)間約2s)，藉由上圖裝置來量測(cè)相位及強(qiáng)度的變化。訊號(hào)強(qiáng)度由Diode detector來量得，而相位則是使用Phase Locked Loop(PLL)來量得5。 我們最終的目的是要利用SAW元件所產(chǎn)生的高頻表面聲波來量測(cè)二維電子氣體系統(tǒng)，或者更低維度的電子氣體系統(tǒng)的導(dǎo)電率變化，甚至製作一個(gè)單電子傳輸（Single electr

9、on transport）的系統(tǒng)。所以我們要在半導(dǎo)體壓電材料（GaAs）及一般壓電材料（LiNbO3）基版上製作高頻的表面聲波元件，這裡所謂的高頻是希望達(dá)到頻率為GHz以上的元件，為了達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，我們必須使用電子束微影技術(shù)來製作高頻表面聲波元件，以製作出次微米甚至奈米級(jí)線寬的高頻表面聲波元件。 而在訊號(hào)處理的部分，我們希望可以利用簡(jiǎn)單的儀器、線路，即時(shí)顯示高頻SAW的時(shí)間域（Time Domain）訊號(hào)或量得其頻率域（Frequency Domain）訊號(hào)而不是使用Phase Locked Loop(PLL)或BOXCAR等複雜的高頻量測(cè)技術(shù)及線路來量得高頻SAW訊號(hào)。所以我們使用Agile

10、nt 54845A 1.5GHz高頻示波器及Diode Switch、Pulse Generator 、RF Source運(yùn)用簡(jiǎn)單的線路量得高頻SAW訊號(hào)。實(shí)驗(yàn)原理第一節(jié) 表面聲波元件1.1表面聲波（Surface Acoustic Wave）6,7,8在物體表面施加壓力變化可產(chǎn)生一個(gè)類似聲波形式的波形，此波形的傳遞方式被限制在表面上這就稱為表面波（Surface Acoustic Wave）。在1887年Lord Rayleigh發(fā)現(xiàn)這種傳播的方式，故亦稱之為Rayleigh Wave。若表面有細(xì)微擾動(dòng)，如質(zhì)量的變化， SAW會(huì)相當(dāng)靈敏，表現(xiàn)在其傳遞的速度變化及功率衰減量。SAW的傳輸特性和

11、方向及傳播的平面很有關(guān)係，本實(shí)驗(yàn)選擇在LiNbO3基板上SAW的傳遞方式為(Y cut)-(Z Propagation)，即波傳遞速率的方向?yàn)閆軸，而傳遞的平面和Y軸垂直，而在GaAs基板上為(100) surface 110 propagation。當(dāng)SAW傳遞通過壓電材料時(shí)，(如下圖所示:)Fig 4 SAW通過壓電材料時(shí)電場(chǎng)的變化會(huì)在表面產(chǎn)生一層束縛電荷（Bound Charge）分布，且伴隨有電場(chǎng)的變化與機(jī)械波的產(chǎn)生。1.2 表面聲波元件學(xué)術(shù)界約在1965即開始使用SAW在壓電材料(piezoelectric)上來實(shí)驗(yàn)。其簡(jiǎn)單的原理，就是在壓電材料上鍍上兩個(gè)金屬梳狀電極(即為延遲線in

12、terdigital transducer，簡(jiǎn)稱IDT)，分別為發(fā)射端及接收端。再以高頻電訊號(hào)輸入發(fā)射端的IDT以產(chǎn)生電場(chǎng)改變來使底下的壓電材料產(chǎn)生形變，而此一形變最後即成表面聲波的方式傳播經(jīng)過樣品區(qū)域，而在另一接收端的IDT即把此接收到的SAW透過壓電材料而產(chǎn)生電場(chǎng)變化，進(jìn)而還原產(chǎn)生一高頻電訊號(hào)，此即為一簡(jiǎn)單的表面聲波元件。IDT是在SAW元件中用來把高頻電訊號(hào)傳達(dá)到壓電材料上產(chǎn)生形變的電極。而此電極在學(xué)術(shù)界的應(yīng)用上有很多種類，不同的種類所產(chǎn)生的傳播機(jī)制都有些許不同，我們?cè)诖耸褂玫氖亲畛Ｒ姷腞egular transducer type，故名思義它是各種transducer中最標(biāo)準(zhǔn)也最具對(duì)稱

13、性，其基本的形狀如下圖所示：Fig 5 IDT示意圖上圖(a)為對(duì)應(yīng)的SAW電位，(b)是IDT俯視圖，(c)是IDT側(cè)視圖第二節(jié) 電子束微影術(shù)2.1微影技術(shù)微影技術(shù)是整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，目前在微影部門的經(jīng)費(fèi)往往佔(zhàn)整個(gè)元件製作成本的三分之一，而且這個(gè)比例有逐年增加的趨勢(shì)。此技術(shù)的工作原理與照相、沖洗底片及印刷成相片的方式很類似，底下舉個(gè)例子說明：例如我們想在晶片（或稱作基板）上做一條銅線。其製作過程如下：(1) 準(zhǔn)備光罩（mask）：光罩上面有這條銅線的圖案。而光罩是用玻璃或石英製造的，在它上面不透光的部分鍍有一層金屬鉻。(2) 於晶片上鍍銅薄膜：一般作法是在真空中把銅加熱使之融化、蒸發(fā)

14、附著在晶片表面上。(3) 上負(fù)光阻於銅薄膜上：接著在鍍有銅膜的晶片上旋鍍上一種對(duì)紫外線敏感的光阻劑（photoresist）。這種光阻劑是液態(tài)的，先用約每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)的速度把它旋鍍?cè)诰希诤婵踞崴鼤?huì)發(fā)生化學(xué)相變而形成一層膠膜。(4) 曝光及顯影：用紫外光透過上述的光罩作曝光，曝光完後再作顯影。因是負(fù)光阻劑(如圖2-2-1)，顯影完後光阻劑上就形成與光罩相同的圖案，也就是一條光阻劑的線。(5) 蝕刻：此後再把晶片放入適當(dāng)?shù)奈g刻設(shè)備中去腐蝕（etch）掉不想要的銅，這時(shí)上層光阻劑就當(dāng)作下層材料的保護(hù)膜，蝕刻完後的晶片上就剩下一條銅線上面覆蓋著一層光阻膠。最後再用丙酮之類的溶劑把上層的光阻劑洗掉就

15、完成了圖形的轉(zhuǎn)移。若使用正光阻劑，如圖我們不用蝕刻的方法而改用一種叫做舉離( lift-off )的方法。使用這種方法時(shí)，先在未鍍銅的晶片上鋪上正光阻劑，然後曝光、顯影之後再鍍上銅薄膜。此時(shí)一部分的銅膜會(huì)鍍?cè)诠庾鑴┥希硗庖徊糠謺?huì)鍍?cè)诰?，最後再把晶片放入丙酮之類的溶劑中把上層光阻劑及鍍?cè)谄渖系你~膜一起洗掉就完成了。舉離的方法不須腐蝕掉多餘銅膜，所以比較清潔、簡(jiǎn)單，常為實(shí)驗(yàn)室採(cǎi)用。但它有幾個(gè)缺點(diǎn)：第一、它要求要有垂直方向性的蒸鍍?cè)?，因?yàn)樵诠庾鑴┐怪钡谋诿嫔喜荒苡秀~膜，以確保在光阻劑上的銅膜與在晶片上的銅膜被完全隔離。第二、蒸鍍高熔點(diǎn)材料時(shí)晶片的溫度可能會(huì)很高，因光阻劑不能耐高溫，所以這類材料

16、不適合在舉離時(shí)使用。第三、把光阻劑放入蒸鍍銅膜的機(jī)器內(nèi)有可能會(huì)污染到蒸鍍系統(tǒng)的真空腔，所以舉離的方法在半導(dǎo)體製程中很少使用。另外，負(fù)光阻劑也不常被使用，因?yàn)樗慕庀穸缺日庾鑴┑汀?.2 電子束微影術(shù)以上所述的微影技術(shù)是用光學(xué)方法來作的，由於這種技術(shù)很適合大量生產(chǎn)用，所以一直都為半導(dǎo)體工業(yè)所採(cǎi)用，但是現(xiàn)在技術(shù)上已經(jīng)漸漸逼近到它解析度的極限了。這極限的由來主要是因?yàn)楣獠ㄔ诠庹謭D案邊緣會(huì)產(chǎn)生複雜的繞射條紋，而且晶片表面的反射光會(huì)使這問題更複雜化。雖然新的製程已經(jīng)使用波長(zhǎng)較短的深紫外線光源，並且也嘗試在光罩上下功夫來減少繞射，但一般相信光學(xué)微影技術(shù)的極限可能不會(huì)小於0.1微米。如果要做到更細(xì)小的尺寸

17、，用電子束當(dāng)作光源來作曝光的技術(shù)可能是最好的方法了。電子束微影技術(shù)不需要用光罩，可以直接把在電腦上設(shè)計(jì)好的圖案送到曝光的系統(tǒng)去寫（稱作直寫，direct write）。所以它可大幅縮短從設(shè)計(jì)到製作的時(shí)間，也因此特別適合研究室或非量產(chǎn)型元件使用。事實(shí)上前面所述及的光學(xué)微影技術(shù)所用的光罩大多是用電子束微影技術(shù)作出來的。如果說紫外線是平面光源，電子束可以說是一種點(diǎn)光源，所以比起光學(xué)微影技術(shù)，電子束曝光系統(tǒng)的產(chǎn)能要低很多，生產(chǎn)的成本太高而不適合工業(yè)用。將來工業(yè)界可能使用的微影技術(shù)包括有使用極短波長(zhǎng)的紫外線、X-ray（包括同步輻射）或平面的電子束來替代現(xiàn)在的紫外光源作投影式曝光，或甚至可用直接壓版的方

18、式在光阻劑上壓製圖案。由於這些技術(shù)都要用到電子束微影技術(shù)製作出來的光罩或模子，所以它們能做到的尺寸極限都會(huì)受限於電子束微影的技術(shù)。 那麼用電子束微影技術(shù)能做到的極限是多小呢？電子束的波長(zhǎng)很短，因此它沒有繞射的問題，而能達(dá)到很高的解析度。電子束的直徑依電子槍的種類及其加速電壓而不同，加速電壓越高電子束的直徑就越小。一般電子束曝光系統(tǒng)的加速電壓約在25至50 kV之間，其電子束的直徑約在1.55個(gè)毫微米，以彰化師大毫微米元件實(shí)驗(yàn)室製程經(jīng)驗(yàn)，可製作出30奈米的金屬線。電子束雖沒有繞射的問題，但入射的電子會(huì)在電子阻膠內(nèi)產(chǎn)生散射，更嚴(yán)重的是它們會(huì)與晶片的晶格發(fā)生碰撞產(chǎn)生大量的反射電子及二次電子，這些電子

19、有可能會(huì)破壞電子阻膠的鍵結(jié)而影響曝光的結(jié)果，稱之為近距效應(yīng)（proximity effect），如圖Fig 7 不同加速電壓下之電子散射情形由於近距效應(yīng)的作用，如要製作出更小的線寬，除了選擇合適的電子阻劑外，我們需要更好的顯影劑配置及顯影溫度控制。製程及實(shí)驗(yàn)步驟第一節(jié)圖形繪製 在設(shè)計(jì)圖形前，當(dāng)然得先決定圖案的尺寸，首先是IDT的線寬及間距，計(jì)算公式為：IDT線寬及間距 = W = (表面波在該基板介質(zhì)上之波速/表面波中心頻率) Fig 8 IDT尺寸示意圖如上圖所示，表面波在傳播時(shí)剛好在三個(gè)電極間有一個(gè)完整的波長(zhǎng)，所以以電極中心來平均分配，電極間距及電極線寬剛好就是該波長(zhǎng)的四分之一。以下為本實(shí)

20、驗(yàn)所設(shè)計(jì)之SAW IDT尺寸表：Vp (m/s)CF (GHz)LineWidth(m)GaAs2863 1.00.721.260.5LiNbO334911.00.871.250.7而計(jì)算後之結(jié)果的小數(shù)部分，因?yàn)橛凶钚〗馕龆鹊南拗?，所以只能將之四捨五入，反正只要最後的?shí)驗(yàn)頻率範(fàn)圍不要離所要的頻率太遠(yuǎn)即可。 計(jì)算好所要的中心頻率及其線寬後，將其尺寸用CAD軟體（Design CAD 6.0）繪製，並將其轉(zhuǎn)成電子束微影術(shù)的執(zhí)行檔備用。第二節(jié)LiNbO3基版之SAW元件製作2.1避免Charged up 現(xiàn)象蒸鍍鍺(Ge) 10nm於樣品上，LiNBO3樣品本身為絕緣體，當(dāng)電子束在樣品上掃瞄時(shí)會(huì)產(chǎn)生

21、Charged up現(xiàn)象，即電荷在樣品表面累積，造成電子束微影術(shù)的困難，故鍍上鍺(Ge)導(dǎo)掉電荷，以避免Charged up效應(yīng)。選用鍺這個(gè)材料是因?yàn)?，它很容易蒸鍍，做完電子束微影術(shù)之後，也容易用乾式或濕式蝕刻的方法將其去除，以免表面聲波的傳遞受阻或散射。2.2製作打線區(qū)本研究中因?yàn)樗繙y(cè)的元件是屬於毫微米尺度，所以無法直接接線。因此本實(shí)驗(yàn)主要利用以下方法製作微米級(jí)打線區(qū)（bonding-pad）:1. 設(shè)計(jì)光罩如下圖：1.6mmFig 9 整個(gè)光罩圖形其中兩個(gè)相對(duì)的三角形打線區(qū)相隔1.6mm(此即為延遲線SAW的延遲線長(zhǎng)度)Fig 10 電子束微影術(shù)Writing 處（紅線區(qū)）2. 利用光微

22、影術(shù)，將圖形曝光至LiNbO3基版上並顯影3. 蒸鍍Ti/Au =10nm/50nm 在基版4. 將基版泡入丙酮中舉離5. 完成打線區(qū)2.3電子束微影術(shù)電子束微影術(shù)基本的硬體配備為一部掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope）及電腦介面控制軟體（Nano Pattern Generation System，簡(jiǎn)稱NPGS）。實(shí)驗(yàn)室所使用的掃描式電子顯微鏡為HITACHI公司製造S-2460N機(jī)臺(tái)，包括真空系統(tǒng)、樣品存放腔、樣品臺(tái)及變壓器等。以鎢絲發(fā)熱負(fù)極作為電子槍，利用變壓器產(chǎn)生30KV的加速電壓，激發(fā)生固定電流密度的電子束。另外凝聚透鏡（磁透鏡magnetic

23、 lens）使電子束聚焦，其解析度可達(dá)4nm。然而使用時(shí)必須在真空的狀態(tài)，否則電子容易為氣體分子所分散造成電子束停滯不移動(dòng)，也可延長(zhǎng)電子槍中鎢絲的壽命。後者用以控制遮黑平板（beam blanker，電子束的開關(guān)）與偏角線圈（控制電子束偏折的角度），將電腦輔助軟體設(shè)計(jì)之圖形相對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)移曝光於塗佈電子阻劑之晶片上。Fig 11 電子顯微鏡實(shí)際操作圖Fig 12 本實(shí)驗(yàn)之電子束微影術(shù)實(shí)際配置圖HITACHI2460N基本製作流程步驟如下所述：1. 塗佈電子阻劑：使用光阻塗佈機(jī)將電子阻劑塗佈在晶片上，電子阻劑的解析度受限於兩個(gè)因素，第一為顯影液中的膨脹現(xiàn)象，這會(huì)造成原本是分開的線段在顯影後相連而短路，

24、第二為電子阻劑的厚度，越薄解析度越好?；渡鲜隼碛赏ǔＪ褂玫恼娮幼鑴榫奂谆┧峒柞ィ╬olymethylmethacrylate），簡(jiǎn)稱PMMA其解析度小於0.1微米以下。並且厚度通常依照PMMA不同重量百分濃度及不同旋轉(zhuǎn)速度加以控制。實(shí)驗(yàn)室主要的電子阻劑百分濃度通常使用 1、2、3以及6，首先將晶片置於光阻塗佈機(jī)上，再塗佈上我們所需要的電子阻劑百分濃度，然後以轉(zhuǎn)速4000 rpm、旋轉(zhuǎn)25 sec來將電子阻劑塗佈均勻。2. 烘烤：塗佈完成後，將晶片移入烤箱中，以溫度160烘烤兩小時(shí)以上。目的是將PMMA的溶劑蒸發(fā)掉。鍺(Ge)3. 曝光：完成上述兩步驟之後，將晶片放入電子顯微鏡之樣品座

25、上，調(diào)整工作距離至10 mm，將電子顯微鏡之設(shè)定調(diào)整到最好的狀態(tài)，再利用 NPGS 軟體以及 Beam Blanker 控制平板和偏轉(zhuǎn)線圈來將晶片曝光成我們所要的結(jié)構(gòu)。4. 顯影：使用methyl isobutyl keyton（MIBK）和2-propanol（IPA，異丙醇）以一比三之比例調(diào)配成的顯影液，在定溫25的溫度下，顯影75秒鐘，再放入IPA中約20 sec，再將晶片上殘留的IPA吹乾即完成。由於電子顯微鏡電子有二次反射的原因，所以會(huì)有底切（under cutting）的效應(yīng)。5. 蒸鍍：將晶片放入蒸鍍機(jī)中，蒸鍍所要之金屬薄膜以及厚度。6. 舉離（lift off）：將晶片放入丙酮

26、（Acetone）溶液中，讓丙酮將尚未曝光之電子阻劑以及不需要之金屬薄膜區(qū)域清除，而得到完成設(shè)計(jì)之圖案。2.4使用RIE蝕刻鍺(Ge)利用RIE（反應(yīng)式離子蝕刻機(jī)）將Ge蝕刻掉，以免Ge導(dǎo)電層影響表面聲波的傳遞。註：鍍Ge目的是要讓LiNBO3表面有一層導(dǎo)電層，樣品放入SEM樣品室時(shí)在Ge表面扣上一金屬鎖在樣品座上以導(dǎo)掉Charge。2.5元件製作結(jié)果Fig 13 LiNBO3樣品製作結(jié)果-1Fig 14 LiNBO3樣品製作結(jié)果-2第三節(jié)GaAs基版之SAW元件製作GaAs製程和LiNbO3相似，只是不需要蒸鍍及蝕刻導(dǎo)電層3.1元件製作結(jié)果Fig 15 GaAs元件製作結(jié)果-1Fig 16

27、GaAs元件製作結(jié)果-2第四節(jié) 數(shù)據(jù)量測(cè)4.1樣品封裝在完成表面波元件製作後，為了之後的實(shí)驗(yàn)量測(cè)需要避免其他訊號(hào)耦合到輸出訊號(hào)，我們直接把樣品封裝在一小金屬盒中，其基本架構(gòu)如下圖所示，為簡(jiǎn)單的線路、金屬盒及SMA接頭組合而成。金線打線樣品SMA接頭Fig 17 樣品置於高頻樣品基版圖4.2量測(cè)系統(tǒng)配置這部分即是本系統(tǒng)的重心，也就是脈衝高頻訊號(hào)的量測(cè)處理過程，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)裝置如下圖所示：RF Generator(Agilent E4421B 高頻訊號(hào)產(chǎn)生器) 高頻示波器(Agilent 54845A 1.5GHz 高頻數(shù)位示波器)Sample 粉紅色:低頻訊號(hào)橙色:高頻訊號(hào)Stainless-S

28、tealSemirigid CoaxStainless-StealSemirigid CoaxSAW Receiver IDTSAW Emitter IDTAmplifierPulse GeneratorStep AttenuatorHighSpeed Diode Switch Fig 18 量測(cè)系統(tǒng)配置圖使用儀器如下：Agilent 54845A 1.5GHz 高頻數(shù)位示波器Fig 19 Agilent 54845A 1.5GHz 高頻數(shù)位示波器特性：取樣頻率8GHz，頻寬1.5GHzAgilent E4421B 3GHz高頻訊號(hào)產(chǎn)生器Fig 20 Agilent E4421B 3GHz高頻

29、訊號(hào)產(chǎn)生器特性：輸出100k-3GHz的RF訊號(hào)，並可做AM及FM訊號(hào)調(diào)變4.3量測(cè)程式設(shè)計(jì)SAW樣品本身對(duì)頻率的變化很敏感，所以必須設(shè)計(jì)一改變RF Generator頻率，用示波器量測(cè)不同頻率下的穿透率。 使用LabView程式設(shè)計(jì)控制RF Generator極高頻示波器的程式，程式如下：Fig 21 程式設(shè)計(jì)圖Fig 22 程式操作面版4.4量測(cè)數(shù)據(jù)與訊號(hào)分析第一部份LiNbO3樣品(a) 示波器看到的訊號(hào)，由此可計(jì)算時(shí)間延遲Fig 23 時(shí)間域SAW訊號(hào)延遲線長(zhǎng)度為1.6+0.2mm（兩個(gè)SAW元件中心到中心距離）左右，起延遲時(shí)間為(1.8mm/3491m/s)=515.6ns由數(shù)據(jù)可知

30、從輸入Gating訊號(hào)到SAW訊號(hào)的時(shí)間延遲約為550ns和計(jì)算的延遲時(shí)間相差6.8%次誤差來可能來自於導(dǎo)線和電路本身的時(shí)間延遲。(b) 中心頻率範(fàn)圍量測(cè)SAW訊號(hào)（Frequency Domain訊號(hào)）Fig 24中心頻率範(fàn)圍量測(cè)SAW訊號(hào)（Frequency Domain訊號(hào)）由數(shù)據(jù)可知，SAW訊號(hào)本身很?。s-67dB），所以量測(cè)要很小心，另一方面元件的頻寬很寬（約160MHz）這是由於我們的SAW元件的對(duì)數(shù)只有13對(duì)的緣故。第二部份GaAs樣品GaAs樣品的對(duì)數(shù)（Fingers）為60對(duì)，所以中心頻率附近的穿透率特別高，且明顯的頻寬很窄，約50MHz，訊號(hào)也大了許多（約-40dB）。結(jié)

31、論 本實(shí)驗(yàn)是利用電子束微影技術(shù)製作高頻表面聲波元件，並在絕緣體壓電材料及半導(dǎo)體壓電材料基版上製作高頻表面聲波元件，我們得到一個(gè)SAW延遲線的元件，並且用我們所設(shè)計(jì)最直接的方法測(cè)量其元件特性，可以提供我們往後這製作高頻SAW元件的主要參考未來展望：元件的製作希望可以朝向10GHz的SAW元件邁進(jìn)，即線寬70nm的SAW元件。並使用本實(shí)驗(yàn)室擁有的PLL高頻量測(cè)系統(tǒng)作有效的測(cè)量，最後我們會(huì)將SAW延遲線元件製作在GaAs二維電子氣體或量子點(diǎn)樣品的基版上，表面聲波的衰減係數(shù)及傳播速率對(duì)鄰近材料的導(dǎo)電度非常敏銳 。尤其是對(duì)於導(dǎo)電性不好的絕緣態(tài)，或是難以做電性接觸的量子點(diǎn)系統(tǒng)，這樣的測(cè)量特別有用，可進(jìn)一步

32、讓我們研究表面聲波和低維度電子系統(tǒng)的交互作用。參考書目1. J. Cunningham, V. I. Talyanskii, J. M. Shilton, and M. Pepper A. Kristensen and P. E. Lindelof ，Single-electron acoustic charge transport on shallow-etched channels in a perpendicular magnetic field，Physical Review B (Condensed Matter and Materials Physics) - July 15, 2000 - Volume 62, Issue 3, pp. 1564-15672. Behme, G.; Blocker, M.; Bigler, E.; Hesjedal, T.; Frohlich, H.-J.，High resolution acoustic field imaging applied to surface acoustic wave devices， Ultrasonics Symposium, 1998. Proceedings., 1998 IEEE , Volume: 1 , 1998 Page(s): 265