學位論文
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Item 溫度與氧壓對氧化鋅摻雜釓的光學性質與磁性影響(2019) 姚壬茨; Yao, Ren-Ci本論文利用脈衝雷射蒸鍍法(PLD)在c方向的單晶藍寶石基板上製備150 nm厚的氧化鋅(ZnO)與氧化釓鋅(ZnGdO)，並探討薄膜鍍膜速率、薄膜的結構特性、光學性質及磁性的和基板溫度、鍍膜氧壓關係。薄膜的製備條件PLD單位面積雷射能量為2.5 J/cm2，鍍膜氧壓分別為3×10-1 mbar與3×10-2 mbar，釓的摻雜比例為5 at.%，鍍膜溫度為室溫到750 ℃。 X光繞射及拉曼散射光譜顯示薄膜並沒有雜質或其他晶相產生，表示釓成功的取代氧化鋅。鍍膜溫度在750℃時，薄膜結晶品質最好，其中氧化鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓為3×10-1 mbar，氧化釓鋅薄膜的最佳鍍膜氧壓則為3×10-2mbar。在最佳鍍膜條件下，氧化鋅和氧化釓鋅薄膜的晶粒大小分別為31.82 nm、16.87 nm；拉曼光譜也出現E2L-B1H特徵峰。 螢光光譜顯示氧化鋅與氧化釓鋅薄膜皆可觀察到近能隙發光，而氧化鋅薄膜主要來自鋅間隙、鋅空闕的缺陷發光；氧化釓鋅主要來自鋅間隙、鋅空缺和氧空缺的缺陷發光。超導量子干涉磁量儀測量結果顯示氧化鋅薄膜與氧化釓鋅皆為順磁性，飽和磁矩隨著鍍膜溫度下降而上升，有摻雜釓的氧化鋅的磁矩較氧化鋅高。飽和磁矩的來源除了摻雜的釓原子，還包含薄膜中的缺陷，但這些缺陷並沒有辦法增強耦合交互作用，因此雖然摻雜5 %的釓仍為順磁性，沒有變成鐵磁性。Item 脈衝雷射蒸鍍法蒸鍍氧化鋅及氧化釓鋅薄膜(2011) 簡志峰稀磁性半導體要能有實際應用，其應該要具備以下兩個條件：(1) 居禮溫度 (Curie temperature) 要在室溫以上，以及 (2) 其磁交互作用為RKKY 交互作用(Rudermann-Kittel-Kasuya-Yosida interaction)，即透過載流子作為媒介的磁交互作用 (charge-mediated interaction)。如此才能夠發展工作溫度在室溫以上的自旋電子學元件，並且有機會透過調變稀磁性半導體的載流子濃度來改變其磁性，進而調變自旋電子學元件的功能。 氧化鋅是一種Ⅱ-Ⅵ 化合物半導體，其室溫(300K)下能隙(band gap)高達3.37eV，光譜波長約為367nm，不過大部分直接觀察到的發光波長是在375nm附近，較能帶間隙較小，這能量差是因為氧化鋅的激子束縛能(exiton binding energy)約60meV。激子是半導體中電子及電洞因庫倫交互作用耦合而成。因為室溫(300K)相當於25meV，此時氧化鋅的激子尚未因熱擾動而游離，所以室溫下可存在，使氧化鋅成為極具潛力的藍光、近紫外光、白光等短波長光電元件材料。 釓(Gd)，原子序數為64，屬於鑭系元素，是稀土元素之一，其原子量157.25，原子半徑188pm，比鋅(Zn)135pm還大。而釓元素的電子組態是[Xe] 4f75d16s2，具有半填滿的4f軌域及5d軌域以及7.98 μB的原子磁矩 (atomic magnetic moment)，直觀上是稀土族元素之中最適合用來發展稀磁性半導體的稀土族元素 脈衝雷射蒸鍍是一種特別的物理氣相沈積法，具有高鍍膜速率，易控制其異質多成份化學計量組成及易於調控鍍膜系統等特點。 實驗使用脈衝雷射蒸鍍法在結晶的氧化鋁(藍寶石)基板上成長氧化鋅薄膜並摻雜釓元素來產生自旋流。Item 寬能帶氧化鋅、氮化鎵奈米晶體之高壓拉曼光譜研究(2003) 徐意娟; Hsu Yi Chuan本論文內容共可分為兩大部分：第一部份主要研究各種形狀及大小的奈米氧化鋅樣品，在高壓作用下的聲子特性以及其結構相變發生之壓力，第二部分則是研究不同載子濃度的氮化鎵奈米線，在壓力作用下電性發生變化的現象，以應證其A1(LO)聲子不對稱的原因。 由常溫常壓下氧化鋅各樣品的拉曼光譜圖，發現量子點樣品在1050cm-1處看到一個可能是由於表面效應而產生的聲子。在ZnO升壓的過程中，聲子頻率與壓力呈線性的關係，並發現奈米氧化鋅材料的結構相變壓力較塊材高，當粒徑愈小相變壓力愈高，且其高壓相也愈不穩定。本論文所使用之ZnO樣品發生結構相變的壓力範圍分述如下：27nm dots：在8.7～11.6GPa之間，54nm dots：是在9.2～11.2GPa之間，而205nm rods：是在9.7～10.9GPa之間。所有的樣品於壓力降到約1.5～2.1GPa時，氯化鈉結構的拉曼聲子會完全消失而回復烏采結構，也就是說氧化鋅奈米結構的結構高壓相變過程是可逆的，但在烏采結構恢復前，會先相變至一個與烏采結構相近的中間暫穩態相，此中間態相與原子沿C軸方向的排列有密切的關係。 由常溫常壓下氮化鎵各樣品的拉曼光譜圖中，發現隨著420cm-1附近的布里淵區邊界聲子強度的增強，A1(LO)聲子強度漸強且變得不對稱，此現象與載子濃度有很大的關係，因為較高的雜質濃度會增加聲子間發生交互作用（多階拉曼散射發生）的機率，由上述可判斷本實驗之氮化鎵奈米線樣品的載子濃度為：A6＜S2＜S1。而在隨壓力變化的拉曼光譜圖中，當壓力到達某值時，A1(TO)聲子與壓力之線性關係斜率會突然發生改變，此時氮化鎵之電性由半導體轉變導體，本實驗中樣品的相變壓力分別為S1：12.5GPa，S2：23.2GPa，A6：24.2GPa，由此推斷樣品的載子濃度應為：A6＜S2＜S1，由上述實驗結果可知，LO聲子的形狀和強度確實是載子濃度的效應，而非表面聲子。