學位論文
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Item 脈衝雷射蒸鍍法製備氧化銪鋅薄膜之探討: 結構、光學、電性與磁性研究(2023) 魏煒倫; Wei, Wei-Lon本論文利用脈衝雷射沉積法在c方向的單晶藍寶石基板上沉積氧化銪鋅(Eu:ZnO)薄膜，摻雜比例為0－4.0 at.%，薄膜厚度控制在150 nm，之後檢測薄膜樣品的結構、光學、電性以及磁性。X光繞射光譜中在角度2θ = 31°－45°，我們只觀測到ZnO以及基板的特徵峰，確認了Eu成功摻雜進ZnO且沒有雜晶相。c軸常數隨摻雜比例提升從在5.21 Å降至5.18 Å，推測與電荷補償機制有關(2Eu3+ → 3Zn2+ + VZn)；晶粒尺寸與摻雜比例沒有明顯趨勢，晶粒尺寸在163-183 Å。光致螢光光譜的結果顯示Eu摻雜使得整體螢光強度下降、近能隙3.3 eV峰值訊號變寬，經分析後可推斷Eu:ZnO薄膜具有鋅間隙、鋅空缺、氧空缺、氧間隙等等的缺陷，隨著摻雜比例上升，缺陷和Eu 4f－4f軌域躍遷5D0－7F2逐漸主導螢光，當摻雜比例達到4.0 %時，可以觀察到5D0－7F1、5D0－7F0的螢光。在電性分析中，薄膜載子遷移率隨著摻雜比例上升從23 cm2/Vs降至0.1－1.0 cm2/Vs，推測與摻雜所產生的缺陷有關，缺陷變得更多、應力變大，形成更多的晶粒邊界使得電子容易被散射。在0、0.5、1.0 %摻雜比例的薄膜樣品，電阻率約在0.1 Ω⋅cm，載子濃度在1.0 %的薄膜樣品達到最大值32×10^18 cm-3，意味著少量摻雜可以改變、甚至促進薄膜電性，而當摻雜比例超過2.0 %時，電阻率急遽上升至1－10 Ω⋅cm、載子濃度則在3－5×10^18 cm-3。我們從磁光法拉第光譜觀察到薄膜樣品的法拉第旋轉角與外加磁場呈線性關係，並且薄膜的法拉第旋轉強度在近能隙的波長(340、350 nm)會有較強的響應，並且有Eu摻雜的樣品比無摻雜樣品具有更強的旋轉角強度，歸因於Eu摻雜帶來額外電子，達到增幅磁光效應的效果。磁性分析中，所有薄膜樣品在室溫下呈現順磁性，樣品磁矩在外加磁場達到1500 Oe後皆達到飽和。飽和磁化強度隨著摻雜比例上升有趨近飽和的趨勢，從7 emu/cm-3增加到13.7 emu/cm-3。Item 氧化鏑鋅薄膜的法拉第磁光與電性(2021) 林韋如; Lin, Wei-Ju以脈衝雷射蒸鍍法在c方向藍寶石基板上製備氧化鏑鋅薄膜，並討論其結構、光學、磁光與電性特性。分析X光繞射光譜與拉曼光譜，並沒有產生其他晶相，隨摻雜濃度增加，晶粒尺寸變小，晶格常數變化不大。光致螢光光譜顯示，純氧化鋅有很強的近能隙發光，隨摻雜濃度增加，近能隙發光強度漸弱，缺陷發強度增強，主要缺陷為氧空缺、鋅空缺與鋅間隙。磁光光譜可看出，所有薄膜呈順磁性，與SQUID量測結果相同，Verdet constant大致隨波長增長而漸弱；其中缺陷所對應的發光波長，Verdet constant 與摻雜比例做圖，摻雜濃度10%響應為最強。量測電流-電壓曲線圖得知所有電極都為歐姆接觸。使用Van der Pauw法量測氧化鏑鋅薄膜的電阻率數值在0.078 mΩ·cm與277.72 mΩ·cm之間。霍爾效應檢測顯示氧化鋅為n型半導體，1%及5%的氧化鏑鋅薄膜為p型半導體，載子濃度在7.89×1018 cm-3與5.32×1022 cm-3之間，遷移率在4.3×10-4 cm2/Vs與35.13 cm2/Vs之間。Item 氧化鈥鋅/氧化鋅雙層膜結構之物性研究(2014) 莊桓嘉; Chuang Huan-Chia本論文以脈衝雷射蒸鍍法於c平面藍寶石基板上先沉積一層氧化鋅緩衝層，再鍍上一層氧化鈥鋅薄膜，探討緩衝層在不同溫度、厚度下對氧化鈥鋅薄膜的影響。 以X光繞射檢測結果顯示我們的氧化鈥鋅薄膜為c軸取向，沒有發現任何其他結晶相。且在參雜高濃度鈥元素時引入氧化鋅緩衝層有助於氧化鈥鋅薄膜品質的提升。以PL檢測結果主要的缺陷發光有鋅空缺和鋅間隙，且隨著樣品檢測溫度的降低薄膜發光有增強的趨勢。SQUID檢測結果顯示氧化鈥鋅薄膜在室溫和T=5K時皆為順磁性。Item 脈衝雷射蒸鍍法製備氧化銪鋅薄膜之探討：結構、光學與磁性研究(2016) 黃文澤; Huang, Wen-Tse本論文利用脈衝雷射沉積法在氧氣壓力3×10-1 mbar、溫度750°C環境下，在c方向的藍寶石基板上製備厚度100 nm的氧化銪鋅薄膜，其中銪的原子莫耳濃度介於0~15 %之間、雷射能量密度1.6 J/cm2，檢測氧化銪鋅薄膜的結構、光學以及磁特性。 利用XRD分析樣品成份發現所有實驗比例皆小於配方比例。X光繞射圖譜和拉曼光譜顯示樣品沒有雜晶相產生，隨著Eu摻雜濃度上升樣品粒徑大小減少。純氧化鋅PL光譜只有本質發光，缺陷發光是Eu摻雜造成，為氧間隙、鋅空缺、和氧空缺。而高濃度的氧化銪鋅(8%、10%、15%)樣品多了鋅間隙發光機制。藉由橢圓偏振光譜和穿透光譜發現銪摻雜的比例上升能隙有逐漸變大的趨勢。藉由SQUID量測3 %、5 %、8 %的氧化銪鋅薄膜在室溫及5 K的溫度下表現出順磁性。Item 利用PLD製備含有氧化鎂鋅緩衝層的氧化釓鋅薄膜之結構、光學與磁性研究(2016) 曾子倫; Tseng, Tzu-Lung本論文以脈衝雷射蒸鍍法在c指向的單晶藍寶石基板上製備Zn1-xGdxO，改變濃度、基板溫度、雷射能量並探討鍍膜速率、薄膜結構特性、光學特性和磁性。此外，製備(Zn1-xGdxO/Zn0.9Mg0.1O)雙層膜樣品來探討不同Zn0.9Mg0.1O緩衝層的厚度對Zn1-xGdxO在薄膜結構和光學特性的影響，其中鍍膜氧氣壓力為3×10-1 mbar，Gd摻雜的原子比例為1%、3%、8%。 Zn1-xGdxO鍍膜速率會隨著Gd比例的增加而上升，也會隨著雷射能量的上升而上升。藉由X光光電子能譜測定的Gd摻雜比例皆與配方比例相當接近。X光繞射光譜及拉曼散射光譜顯示所有薄膜皆無雜質或其他晶相產生，代表Gd與Mg成功取代Zn位置。在Gd摻雜濃度變高時，薄膜的粒徑大小持續下降，代表薄膜結晶品質變差；在Mg摻雜的薄膜變薄時，薄膜的粒徑大小持續下降，因其薄膜厚度太薄使其粒徑只能與厚度接近。光致螢光顯示Zn1-xGdxO薄膜的發光都與鋅空缺和鋅間隙有關，而多了一層氧化鎂鋅緩衝層時，會讓Zn1-xGdxO薄膜的缺陷發光強度下降。超導量子干涉磁量儀測定結果顯示所有氧化釓鋅薄膜皆為順磁性。Item 脈衝雷射蒸鍍法製備氧化鈥鋅薄膜的探討：結構、光學與磁性研究(2016) 葉育廷; Yeh, Yu-Ting利用脈衝雷射沉積法製備摻鈥的氧化鋅薄膜(氧化鈥鋅薄膜)，鈥(Ho)的濃度為0到10%之間，沉積於c指向的藍寶石基板。脈衝雷射功率為2.0 J/cm2 ，鍍膜環境氧氣壓力為3×10^-1 mbar，基板溫度為750 oC。本論文探討氧化鈥鋅薄膜的成份，結構性質，光學性質，磁性以及各種特性間的關聯。 利用XPS能譜進行成分分析，分析薄膜中Ho的濃度。X光繞射光譜中，隨著Ho摻雜濃度越高，薄膜結晶品質越差，c軸晶格常數越小。拉曼光譜中，可觀察到氧化鋅E2-low (99 cm-1)及E2-high (438 cm-1)的振動模式，且在Ho = 3%有螢光效應出現。PL光譜中，分析發光來源為近能隙、鋅空缺、鋅間隙、氧空缺所貢獻。橢圓偏振儀及穿透光譜顯示能隙隨著Ho摻雜比例上升而增加。超導量子干涉磁量儀測定結果顯示室溫及低溫的氧化鈥鋅薄膜皆為順磁性。Item 氧化釓鋅薄膜在不同鍍膜氧壓下的結構、光學與磁性(2015) 謝宗均; Hsieh, Tsung-Chun本論文以脈衝雷射蒸鍍法在c指向單晶藍寶石基板上製備150nm厚的ZnGdO薄膜，並探討薄膜鍍膜速率、薄膜的結構特性、光學性質及磁性與鍍膜氧壓的關係，其中單位面積雷射能量為2.6 J/cm2，鍍膜氧壓分別為0.3與0.08 mbar，Gd摻雜的原子比例為0~20 %，基板溫度為700℃。 ZnGdO薄膜鍍膜速率會隨著Gd比例的增加而上升，且在高氧壓(0.3 mbar)環境下製備的薄膜其鍍膜速率高於低氧壓(0.08 mbar)製備的薄膜。藉由X光光電子能譜測定的Gd摻雜比例皆略大於配方比例。X光繞射及拉曼散射光譜顯示所有薄膜皆無雜質或其他晶相產生，代表Gd成功取代Zn的位置。Gd比例增加時，c軸晶格常數先減少後增加，粒徑大小則持續下降，代表薄膜結晶品質變差。當Gd比例高於5%時，高氧壓製備的薄膜之結晶品質較低氧壓製備的薄膜差。光致螢光光譜顯示所有薄膜中都存在鋅空缺與鋅間隙，而在純氧化鋅中還有氧空缺。橢圓偏振儀測定的薄膜直接能隙隨著Gd比例的上升而增加。超導量子干涉磁量儀測定結果顯示所有純氧化鋅薄膜皆為超順磁性，氧化釓鋅薄膜皆為順磁性。在低溫下，高氧壓製備的薄膜其最大磁矩大於低氧壓製備的薄膜。