學位論文
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Item SOI晶片應用於具矽奈米線之微型熱電致冷晶片的研製(2013) 劉玟均; Wen-Chun Liu以熱電材料所製作之主動式致冷晶片，具有體積小、低成本、無污染、高壽命及易整合於IC元件等優點，已成為目前各式散熱研究中所重視的議題。然而，傳統的熱電散熱技術面臨了不易微小化與整合化的缺點，又面臨高密度積體電路所需之高散熱需求的挑戰，已無法負荷未來電子元件的散熱需求。因此，本研究期望以金屬輔助化學蝕刻之矽奈米線陣列做為熱電材料，配合半導體相關製程製作微型致冷晶片，以此簡易、低成本且無汙染之製程技術，實現以奈米結構來降低熱傳導率進而提升熱電優值，以改善傳統熱電材料所遇到之瓶頸，達到改善微型熱電晶片致冷效率之目標。 實驗結果顯示，以黃光微影製程與結合界面活性劑的濕式TMAH蝕刻技術，可成功於低阻值的n型(0.01-0.02 ohm-cm)與p型(0.001-0.005 ohm-cm)晶片表面，製作出凸角完整之平台微結構，此平台結構區域以金屬輔助化學蝕刻技術製作矽奈米線陣列結構，並測試出最佳的蝕刻參數。 金屬輔助化學蝕刻具有可在室溫進行製程、無須通電、大面積製造，也不需要昂貴的儀器設備，以低成本之方式即可完成矽奈米線的製作。其中，n型矽以4.6 M氫氟酸和0.02 M硝酸銀的混合溶液，在蝕刻時間為20 分鐘後，矽奈米線長度約為5-6 um，直徑約為160-200 nm，深寬比約為30-31；p型矽的部分以4.6 M氫氟酸和0.017 M硝酸銀的混合溶液，在蝕刻時間15分鐘後，奈米線長度約為4-5 um，直徑約為50-100 nm，深寬比約為50-80。 將凸塊平台結構圖案化後，為避免銀沉積太厚而覆蓋，導致氫氟酸無法順利將二氧化矽溶解，因此利用沉積銀金屬與蝕刻矽兩個階段分別進行的步驟，製作高深寬比之矽奈米線。第一階段為沉積銀金屬，皆以4.6 M氫氟酸和0.005 M硝酸銀，第二階段為蝕刻矽奈米線結構，n型矽以4.6 M氫氟酸和0.11 M雙氧水，50組p-n結構之沉積時間為1分鐘，蝕刻時間為 15 min，矽奈米線直徑約為80-150 nm，長度約為5-6 um，深寬比約為40-60；100組p-n結構之沉積時間為30秒，蝕刻時間為 15 min，矽奈米線直徑約為50-100 nm，長度約為7-8 um，深寬比約為80-140。蝕刻完後浸泡於10%的氫氟酸10-15分鐘，可去除矽奈米線外層之氧化物。完成n型與p型矽奈米線的製作後，期望日後能在SOI晶片上實現以矽奈米線作為熱電材料，製作高性能微型熱電致冷元件的目標。