多晶金奈米結構的單晶化熱處理技術開發

本研究擬研發將多晶的金奈米結構單晶化之熱處理技術。由於許多生醫感測器使用金、銀、鋁陣列式感測元件，及光子積體電路(PIC)使用金奈米結構、奈米線或長片為導波傳感元件，一般製程以氣相沈積法、熱蒸鍍法加上聚焦離子束(FIB)或電子束顯微技術製造多晶的金、銀、鋁等奈米結構，但常因多晶結構之晶格缺陷，使其電阻增加，光電訊號的衰減增大，特別是在可見光至近紅外線波段，不利金屬電漿子奈米結構之應用。例如，長距離表面電漿子波導之生醫感測元件受限於多晶波導結構，使量測分子靈敏度無法提高。固然退火熱處理可以使晶粒變大，消除晶格數與缺陷，改進導波的衰減，但考慮元件之其他結構耐熱度，無法將整個元件置於加熱爐中直接熱處理。另一項技術是直接在大面積的單晶金片上刻製元件線路或結構，但較費時。 我們的先期研究發現：利用適當功率的近紅外線雷射照射，在水中常溫、常壓狀態下，可使已製作之金奈米線內之溫度超過再結晶溫度，促使多晶的金奈米線單晶化，形成截面為四角、五角、六角的單晶奈米線。因此我們擬持續研發以雷射照射金奈米結構，將一般製程之多晶的金奈米結構退火成單晶化之技術，利用金奈米結構與光作用之電漿子效應，產生光熱效應在水中進行退火熱處理。本計畫以三年期時程，研發雷射退火顯微鏡系統、最佳的熱處理條件(雷射功率、照度、照射時間、波長、極化方向)及加熱曲線，第一年先研發雷射退火顯微鏡系統，研發以FIB製作之多晶的金奈米線之單晶化技術，並以FE-SEM確認其形貌，測電阻及HR-TEM及XRD確認其結晶性在熱處理前後的變化。第二年則為二維陣列奈米結構之單晶化技術，例如陣列式雙子天線結構，以暗場光譜儀及EELS量測其電漿子共振特性在熱處理前後的變化，研發大面積掃瞄式雷射退火熱處理顯微鏡系統。第三年研發以掃瞄式雷射退火顯微鏡系統熱處理大面積長片狀波導結構之單晶化技術，量測其導波的衰減特性及電阻，並以AFM量測表面粗糙度。未來此技術將有助於金、銀、鋁等奈米結構應用於生醫光電元件或光電半導體製程的後處理。

系統編號:PB10708-1789
原計畫編號:MOST107-2221-E182-035