國家儀器科技研究中心

2010 年 8 月出版

科儀新知第 177 期

奈米檢測與應用專題

高靈敏度掃描電容顯微術之發展與應用 [ 下載 PDF ]

張茂男, 黃智超, 簡鳳佐

掃描電容顯微術可偵測材料表面的微分電容訊號並將其成像，讓研究人員直接取得材料的電性分布資訊，除了被廣泛應用於載子濃度分布與電性接面的觀察，亦延伸出許多特殊的應用。然而隨著製程技術的快速發展，掃描電容顯微術亦已面臨幾項關鍵的挑戰，例如高空間解析度、高訊號靈敏度與定量化分析等要求，有愈來愈多的實驗證據指出，同時提高空間解析度與訊號靈敏度是有可能達成的。最近的研究結果顯示高靈敏度的掃描電容顯微術不但可以深入觀察載子濃度的微小變異，也可以用於深入研究摻雜的活化行為。本文將從四個不同的面向探討影響掃描電容顯微術訊號靈敏度的因素，包括系統架構、量測環境、試片製備以及導電探針，期望所提供的資訊能對產學界有所助益。

無透鏡繞射影像術 [ 下載 PDF ]

Roman Dronyak, 唐欣瑜, 陳福榮, 梁耕三

近年來高解析電子顯微鏡學發展逢勃，目前在實空間的二維影像已可達到次埃級 (sub-Å) 的解析力。儘管如此，電子顯微鏡仍有許多本質上的問題尚待解決，其中又以磁透鏡像差及相位遺失，使得影像無法直接定量解釋，故希望藉由無透鏡繞射影像術將上述的問題解決。無透鏡繞射影像術並非真的不使用電子顯微鏡中常使用的電磁透鏡成像，而是使用干涉性佳的電子束在倒空間記錄一系列繞小強度，並利用並合模擬迭代法，回復帶有樣品訊息的電子波函數相位。這樣的方法可成功地恢復遺失之相位及修正透鏡像差對影像造成的影響，使得影像可以直接解釋並定量樣品，故稱之為無透鏡繞射影像術。此外，儘管電子繞射影像術還在發展階段，仍可利用此項技術還原出高解析度的氧化鎂奈米顆粒三維影像及其出射波重構。

圓形鑄型磁性薄膜中磁區翻轉之動態即時檢測 [ 下載 PDF ]

郭政宜, 吳仲卿

由於磁紀錄和磁感測相關元件深具潛力與應用價值，因此近年來磁膜中的微磁結構被廣泛的研究。在檢測磁膜微磁結構的技術中，磁力探針顯微儀為目前最佳的工具之一，該技術主要使用磁性探針，偵測薄膜表面的漏磁場強度，並將其強度以明或暗的對比表示。本文將介紹該技術，尤其應用在動態即時檢測磁區方面。檢測的樣品是以圓盤及圓環鑄型磁膜為例，其磁矩的排列會因為幾何形狀的影響，沿圓周邊緣排列形成渦旋態，幾乎沒有漏磁場，因此以磁力探針顯微術偵測其磁力影像，除了圓盤中央的渦旋中心可被磁針偵測到外，圓盤與圓環形的磁膜內沒有明暗對比。而透過外加磁場即時檢測磁膜內部的磁矩排列情況，我們得以觀測在不同外加磁場下，鑄型磁膜的即時磁力影像，藉以分析磁膜內磁區的翻轉行為。此類即時動態微磁影像的探究，將有助於磁元件的設計。

人類紅血球的生物物理－原子力顯微鏡在生物醫學上之應用 [ 下載 PDF ]

郭豐嘉, 陳崇仁, 李育香, 何孟書

近年來由於奈米科技的進步，將原子力顯微鏡應用在生物醫學方面的研究也日益增多，尤其是再生醫學及生醫工程上都有重大的突破。另外，科學家也希望透過生物物理的研究方式，利用各式各樣的顯微術及奈米製程技術在奈米尺度下進行生物樣品的觀測與物理化學特性的探討，希望進一步與傳統的生物醫學研究做比較，並藉此發展奈米醫學檢測技術。在本文中，我們選擇人類紅血球為觀察的生物樣品，並藉由原子力顯微術來觀測血球外貌、細胞膜的奈米機械特性及其在微流通道動態系統中的形變。希望實驗結果與生理學、病理學特徵相符。如此一來，不用繁雜的生化分析、遺傳檢查以及重複步驟檢測，僅需少許的一滴血，在相關參數資料的建立後，可於日後進一步發展為整合微流體致動器、感測器之快速檢測紅血球形變的多功能生醫平台晶片，判斷出紅血球的值是否在正常值範圍之內。

矽奈米陣列結構製作與其燃料電池電極之應用 [ 下載 PDF ]

湯喻翔, 黃茂榕, 楊啟榮, 蕭銘華

本文結合自組裝奈米球微影及光輔助電化學蝕刻兩項技術，用以製作出趨近完美排列之奈米柱狀陣列結構，以應用於直接甲醇燃料電池電極之開發，藉由電極接觸表面積之大量增加，提高觸媒催化反應效率。實驗結果證實使用薄光阻格狀結構搭配震盪塗佈法，可於 2 × 2 cm² 的試片上獲得趨近完美排列的單層奈米球。使用光輔助電化學蝕刻可製作出柱體高度為 1.56 µm、直徑為 250 nm–300 nm、柱體深寬比可達 6.2:1–5.2:1 之奈米柱狀陣列。在燃料電池電極性能測試中，平板電極之開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為 105 mV、0.319 mA/cm²、9.3 µW/cm²，而奈米柱狀電極最大開路電壓、極限電流密度、最大功率密度分別為 280 mV、1.044 mA/cm²、58.4 µW/cm²，分別為平板電極的 1.98、3.27 與 6.3 倍，顯示奈米結構可提升觸媒與燃料接觸之接觸面積，使電池性能也隨之獲得有效提升。

光學薄膜於色彩顯示之應用 (上) [ 下載 PDF ]

李正中, 楊宗勳, 廖詩芳

隨著顯示器、固態照明技術的迅速發展，對顏色豐富性與真實性的要求越來越高，使得色彩量測與評價的重要性日益增加。另外利用光交互干涉的方式所產生的色彩，其色彩的品質極佳，而光學薄膜即為實現光干涉產生色彩的重要技術。所以本文除了介紹色彩科學中幾個常見的表色系統、色彩的計算方式、光源及色彩量測的方法，更藉由周遭常見的光學薄膜應用為例，搭配色彩科學的方法深入探討、分析光學薄膜在色彩顯示上的應用。

DNA：自然界中的奈米線 [ 下載 PDF ]

張簡鵬崇, 曾信華, 蔡娟美, 鄭財木, 朱學亮, 張家靖

去氧核醣核酸 (DNA) 的雙螺旋結構是自然界中廣為人知的一維線型結構，此一自組織之結構無論在水溶液或是一般乾燥環境中均有著高度穩定性與均一性，且其具有長度與結構之可調控性，若能與半導體基材結合，將可開發成為新型態之生物材料半導體元件。然而 DNA 的低導電性質限制了其於電子元件相關應用之發展。金屬化 DNA (M-DNA) 之開發不僅提升了 DNA 的導電性，並使此分子在室溫下具有微分負電阻之特性，可以作為新型態之生物／半導體複合元件的選擇。本文主要在介紹利用分子自組裝特性以及電化學分析技術，探討 M-DNA 的導電度差異與電化學特性。再利用這些特性將 M-DNA 導入生物感測器上的應用，以檢測出 DNA 序列中是否有錯誤配對的鹼基對。最後再以 Ni-DNA 分子製作成一個固態的奈米分子元件。