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研究生:郭佳佳
論文名稱:稀磁半導體奈米線之製備
論文名稱(外文):Fabrication of the diluted magnetic semiconductor nanowires
指導教授:開執中陳福榮陳福榮引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:稀磁半導體奈米線磁性
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本論文主要是採用離子佈植的方法來參雜Fe於ZnO奈米線中,再利用各種儀器設備來分析ZnO奈米線型態與其性質。包括用掃瞄式電子顯微鏡分析佈植前後ZnO奈米線表面型態,穿透式電子顯微鏡分析ZnO奈米線晶體結構及晶格影像、X光能量分散光譜以及電子損失能譜儀作材料元素成分分析,以及利用光激螢光光譜儀分析佈植Fe後的ZnO奈米線的光激發特性,並利用超導量子干涉磁量儀來量測佈植Fe後的ZnO奈米線的磁性質。
我們觀察到Fe離子佈植會影響ZnO奈米線的結構,並且隨著佈植劑量的增高,ZnO奈米線被破壞的情況也越嚴重。離子佈植後的ZnO奈米線表面不平整,有許多疊差產生。EDS分析發現隨著佈植劑量的增加而使Fe含量增加了。在EELS中可以清楚看到Fe的L2、L3的特徵峰值,證實Fe在ZnO奈米線中的存在。利用EDS-map來觀察Zn、Fe與O在奈米線中分佈的情況可以發現Fe在ZnO奈米線中是雖然濃度相較於Zn、O的濃度是較稀疏,但整體是均勻分佈在ZnO奈米線中而沒有特別聚集的現象。分析三組不同佈植劑量試片在溫度為5K與300K時的M-H變化,發現三組試片皆具有微小的磁性,熱能的擾動影響磁化量的方向。從EDS的結果可以證明並不可能有ZnFe2O4存在,由高分辨影像與EDS-map也可證實在ZnO奈米線中Fe並未形成團聚(cluster),故磁性的來源很可能是來自Fe在ZnO奈米線中所貢獻出來的。PL圖譜中都可觀察到ZnO奈米線有兩個激發峰,分別落在紫外光範圍(波長約為375~380nm),激發峰的強度較小;與落在綠光範圍(450nm~ 550nm),此綠光激發峰的強度相當高,大致從並且隨著佈植劑量的增加,紫外光與綠光激發峰的強度都降低了。
一、前言.......................................................1
二、文獻回顧...................................................3
2.1 稀磁半導體簡介.........................................3
2.2 ZnO作為稀磁半導體......................................5
2.2.1 源由.............................................5
2.2.2 過渡金屬在ZnO中的溶解度..........................5
2.2.3 理論計算.........................................6
2.2.4 實驗結果.........................................8
2.3 ZnO奈米線.............................................10
2.3.1 ZnO基本性質與應用...............................10
2.3.2 奈米線簡介......................................12
2.3.2.1 奈米線成長機制...........................13
2.3.2.2 奈米線的操控.............................14
2.3.3 ZnO奈米線的製程.................................15
2.3.4 ZnO奈米線的應用.................................16
2.4 一維稀磁半導體材料....................................18
三、實驗步驟與分析方法........................................30
3.1 實驗流程..............................................30
3.2 ZnO奈米線的合成.......................................31
3.2.1 實驗設備........................................31
3.2.2 製備方法........................................31
3.3 離子佈植..............................................32
3.3.1 加速器..........................................33
3.3.2 佈植方法........................................34
3.4 分析設備..............................................35
3.4.1 掃瞄式電子顯微鏡................................35
3.4.2 穿透式電子顯微鏡................................36
3.4.3 X光能量分散光譜.................................37
3.4.4 電子損失能譜儀..................................38
3.4.5 TEM試片製備.....................................38
3.4.6 超導量子干涉磁量儀..............................39
3.4.7 光激發螢光光譜儀................................40
四、實驗結果與討論............................................52
4.1 SEM分析...............................................52
4.2 TEM、EDS與EELS分析....................................53
4.3 SQUID分析.............................................56
4.4 PL量測................................................59
五、結論......................................................80
六、未來方向..................................................83
參考文獻......................................................84
參考文獻
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