• 學位論文

正交結構硒化鐵之晶體成長、磁性性質與近緣吸收光譜研究

在擁有超導轉變溫度26 K的氟(F)摻雜砷化鐵基超導體(LaO1-xFxFeAs)發現後, 鐵基超導體的轉變溫度在短短數年內迅速的提升至56 K. 同時, 更多的鐵基超導體接著被研究出來, 包括了(Ba,K)Fe2As2, LiFeAs 和Fe1+yTe1-xSex等等. 不同於其它鐵基超導體, 硒化鐵在鐵基超導體中擁有最簡單的晶體結構, 它的超導轉變溫度在8 K. 同時, 其結構中不含砷, 但與砷化鐵又有很多共同的物理特性. 其簡單的層狀結構, 提供了人們對高溫超導體超導機制的暸解一個有用的方向, 特別在結構與超導之間的關連. 在此論文中, 我們將呈現硒化鐵晶體的成長方法, 硒化鐵的磁性及吸收光譜的量測結果. 硒化鐵晶體可以很容易的使用KCl當溶劑的助溶劑生長成取得. 成長之後的晶體需馬上降至低溫長時間退火以助於正交結構硒化鐵的穩定與改善其晶體結晶性. 我們成長出的硒化鐵晶體皆呈現(101)的優選方向. 低溫的X光量測顯示, 硒化鐵在約100 K左右會有一個結構相變, 其與超導呈現了重要的關連. 硒化鐵因其層狀的特性, 在磁性量測上我們得到其異向性的磁性超導行為, 其中Fe-Se層提供了它主要的磁性異向性來源. 根據吸收光譜的量測, 硒化鐵中硒缺陷所造成的結構變異會提供鐵-硒混成軌域的自由電子機率, 這可能與超導生成的機制有關.

• 學位論文

氧化鎳/鎳鐵磊晶雙層膜交換偏壓研究

本實驗主要為氧化鎳/鎳鐵磊晶雙層膜之結構分析與第一原理模擬，利用氧化鎂(110)單晶基板上磊晶成長氧化鎳與鎳鐵結構，藉由高解析電子顯微鏡圖來分析界面接合狀況，也用來做詳細的粗糙度計算，藉由原子探針顯微鏡可以得知，當轟擊電壓越高，粗糙度對下降，會往正的交換偏壓偏移。 藉由高解析電子顯微鏡分析，可以清楚分析出界面接合方式，晶面軸為[001]，接面方向為[110]，建出氧化鎳與鎳鐵的接合模型，利用程式模擬，確保膜型的準確性，再利用第一原理計算，來計算交換偏壓。雖然接合模型中的氧化鎳界面為補償面(淨磁化量為零)，但經過模擬後還是會發現有交換偏壓的發生，主要原因有兩者，一、鎳鐵相中，鎳原子與鐵原子對於氧化鎳的影響力不同，所以會有淨磁交互作用力，而且當界面的鐵與鎳為鐵磁偶合時，會有正的交換偏壓生成；二、氧原子的鍵結，當鎳鐵結構與氧化鎳中的也原子距離太近時，會有鍵結生成，而這時候會有超交互作用力產生，使的磁化排列會變成反鐵磁，導致負的交換偏壓生成，當界面有這兩個現象時(加入粗糙度的因素)，氧原子的以響力遠大於鐵，所以都為負的交換偏壓，最後模擬的結果為界面平整才有機會出現正的交換偏壓，雖然實際上會有粗糙度，但只要整體性偏平整的話就可以克服粗糙度造成的負交換偏壓值。

• 學位論文

電子束蒸鍍形成L10-[Fe(1.4nm)/Pd(1.9nm)]5 多層膜的磁性質與微結構之研究

FePt的部分 藉由濺鍍鐵白金和鋨的多層膜系統中，鋨的熔點和沸點對序化程度有很大的影響，鋨和鐵白金的晶格匹配在鐵白金的多層膜系統中能夠造成相當大的應變，可以經由高解析穿透式電子顯微鏡和立面薄膜繞射的分析而得到。在有序無序的相變化中，此巨大的應變沿c軸進行，可以強化L10鐵白金序化程度。此外，當FePt的厚度與鋨的比例較低時，應變被釋放，平均的應變將變小以至於序化參數減小，必須用較高的退火溫度去形成序化鐵白金的結構。 FePd的部分 利用電子束蒸鍍鐵鈀多層膜系統[Fe(1.4nm)/Pd(1.9nm)]5，在不同蒸鍍溫度下，比較高溫600℃和150℃的微結構和磁性質。我們選用單晶(001)的氧化鎂當基板，因為他有良好的結晶性和平整度，可以使鐵鈀多層膜延氧化鎂上的(001)方向成長，值得一提的是介面處有約10%的晶格匹配，利用氧化鎂和鐵鈀的晶格不匹配來誘發相變化，高溫則是有足夠能量克服熱活化能促使相變化，並且利用氧化鎂單晶(001)的方向，使鐵鈀的C軸可以沿此方向成長。沉積溫度在600℃與JCPDS卡上FePd(200)方向上有交錯，表示高溫蒸鍍情況漸漸使鐵和鈀混合，出現(200)方向的鋒值，有機會出現較多的序化結構，比起低溫蒸鍍的結果，矯頑磁場略高一些。但由高解析穿透式電子顯微鏡上顯示，混和明顯不夠均勻，故預期下次實驗會提高真空度，減少對鍍率的影響，並降低蒸鍍速率，希望使鐵和鈀元素混合更均勻。

• 學位論文

Chlorophyll extraction from herbaceous plants at elevated temperatures

Abstract Chlorophyll extraction from herbaceous plants at elevated temperatures has been investigated. Four different solvents of acetone, ethanol, DMSO and methanol were used to extract chlorophyll from leaves of Creeping oxalis, Nodalflower Synedrella and Broomjute Sida. The amount of chlorophylls was estimated using UV-Visible spectrophotometer. The absorbances at certain wavelengths corresponding to chlorophyll a and b were measured. They were 663 nm and 645 nm for acetone, 649 nm and 665 nm for ethanol and DMSO, 665 nm and 652 nm for methanol. From the data regarding the amount of chlorophyll a and b extracted as a function of time, we propose a model based on diffusion and surface wetting, and derive an equation to describe the phenomenon. The experimental data are in good agreement with the theoretical predictions. The diffusion coefficient and wetting time used to fit the curve satisfy the Arrhenius equation. For chlorophyll a of Creeping oxalis, the activation energies of diffusion are 14.07 kJ/mol, 21.53 kJ/mol and 28.86 kJ/mol for acetone, ethanol and DMSO, the corresponding energies for surface wetting are 47.8 kJ/mol, 39.62 kJ/mol and 26.8 kJ/mol for acetone, ethanol and DMSO, respectively. We also studied the effect of acetone concentration on chlorophyll concentration. The result shows that 80% concentration has the best performance. We also used 80% acetone to measure the contact angles of three leaves. We can find that the contact angles of three leaves with 80% acetone have the same trend to the activation energy of chlorophylls across the epidermis.

• 學位論文

矽化鈷及矽鍺化鈷奈米結構之合成、結構鑑定及特性之研究

One dimensional metal silicide nanostructures have attracted much attention for their potential applications in electronic and spintronic nanodevices. In the present work, synthesis and characterizations of cobalt silicide and cobalt germanosilicide nanostructures have been investigated. In addition, the physical properties, including electrical, magnetic, and field emission properties, of the nanostructures were examined. Cobalt silicide nanostructures have been synthesized by a spontaneous chemical vapor transport and reaction method. The temperature and the vapor flow rate were shown to critically influence the growth of nanostructures. The effects of nanowires (NWs) growth by two main parameters were discussed. Various phases (CoSi, Co2Si) and morphologies, such as single-stem NWs, three-dimensional (3D) nanowire networks, and aloe-like NWs, have been synthesized. Very low turn-on field (1.42 V/m) and good conductance in field-emission and electrical property measurements indicate that CoSi NWs are potentially useful for electronics. The effects of partial substitution of Ge for Si in cobalt germanosilicde (CoSi1-xGex and Co2Si1-xGex) NWs on the electrical transport, magnetic properties and magnetoresistance (MR) have been investigated. Cobalt germanosilicide NWs were synthesized by a spontaneous chemical vapor transport (CVT) growth method. The Ge concentration can be selectively controlled from 0-15% and 0-50% for CoSi1-xGex and Co2Si1-xGex NWs, respectively, by varying the reaction temperature. Electrical measurements showed that the resistivities of CoSi1-xGex NWs are 90, 60, 30, and 23 Ω-cm for x = 0, 0.01, 0.05 and 0.15, respectively. Therefore, the electrical resistivity of CoSi1-xGex NWs was found to decrease significantly with an increasing Ge concentration which is believed to be a result of the band gap narrowing. On the other hand, the Co2Si1-xGex NWs exhibited ferromagnetism at 300 K, which is attributed to the uncoordinated Co atoms on the NW surface and spin glass behavior at low temperature, which is induced by the Co2Ge compound. The highest MR response of Co2Si1-xGex NWs occurred at x = 0.5, where a MR ratio of 11.7% can be obtained at 25 K with a magnetic field of 8 T. The enhanced physical properties of cobalt germanosilcide NWs with Ge substitution will lead to promising application in the fabrication of nanodevices, including spintronics and serving as the gate and interconnect material. 一維金屬矽化物之奈米結構由於在奈米電子元件及自旋電子元件的應用中深具潛力，近年來，受到學界矚目及廣泛的被討論。本研究中，以合成矽化鈷及矽鍺化鈷之奈米結構為主題，並針對其奈米結構作分析鑑定與成長機制的探討，以及進行材料之電性、磁性和場發射等物理特性的量測與奈米元件之製作。 本研究利用化學氣相傳輸法合成矽化鈷奈米結構，在此合成方法中，反應溫度及反應氣體流量為影響奈米結構成長的兩個重要因素。除了深入探討此兩變因對生成奈米結構具體的影響外，利用調控此二成長變因，成功合成出多元矽化鈷奈米結構，包含: 高密度奈米線(CoSi、Co2Si)、三維奈米網狀結構(CoSi)及奈米蘆薈花(Co2Si)。從場發射性質的量測結果，矽化鈷奈米結構擁有低啟動電場及低臨界值電壓，其中以高密度奈米線結構的表現為最佳。電性量測的結果顯示，矽化鈷奈米線的電阻率優於其塊狀材料，且電阻率隨著奈米線的尺寸減小而下降。 進一步將鍺元素參雜至矽化鈷奈米線中，並探討在矽鍺化鈷奈米線中鍺濃度對於電性、磁性及磁阻變化的影響。在CoSi1-xGex奈米線中，鍺取代矽原子位置將縮小材料帶狀間隙距離，使得CoSi1-xGex奈米線在電性的表現有所提升。另一方面，磁性量測結果觀察到Co2Si1-xGex奈米線擁有室溫鐵磁與低溫自旋玻璃特性，室溫鐵磁性來自於表面未鍵結鈷原子，而自旋玻璃性質來自於奈米線中鍺化鈷化合物。此磁特性使Co2Si1-xGex奈米線擁有高磁阻變化，顯示此材料在奈米自旋電子元件中有潛在的應用性。

• 學位論文

水熱法成長鋰摻雜氧化鋅奈米柱的性質研究

此實驗主要探討鋰摻雜氧化鋅奈米柱(Li doped ZnO nanorods)在不同退火溫度、退火氣氛以及不同摻雜濃度下所呈現在電性、表面形貌、晶格常數以及光譜分析下的差異，藉此瞭解鋰離子在氧化鋅晶格所扮演的角色以及此摻雜形成p-type ZnO的可能性。 實驗方法主要利用磁控濺鍍(Megnetron sputtering)在矽基板、玻璃基板鍍上一層約100奈米的鎵摻雜氧化鋅種子層(GZO)，接著利用水熱溶液法(hydrothermal process)成長垂直性良好的鋰摻雜氧化鋅奈米柱，最後將試片置入爐管退火，在不同溫度及不同氣氛下退火。 檢測方法包含利用FE-SEM觀察奈米柱表面形貌、XRD探討(0002) 面的強度和偏移趨勢、UV-visible 吸收光譜得出透光率和能隙(band gap)、PL(Photoluminescence)檢測各缺陷能階、柱體表面元素成分分析(XPS)、Raman spectra檢測鍵結種類、AFM量單根奈米柱電性、TEM顯示微結構以及晶格常數。 其結果顯示鋰的摻雜會使得柱體均勻成長且XRD和TEM顯示鋰摻雜氧化鋅奈米柱其結晶方向具有優選性以及有良好的單晶wurtzite結構；UV吸收光譜顯示隨著鋰摻雜濃度上升或是退火溫度上升都會造成氧化鋅能隙變小；低溫 PL顯示在鋰離子的摻雜下，其柱體結晶性會變差；此外PL可得知缺陷的相關資訊，其顯示在不同的氧化鋅生長條件這些缺陷會有不一樣的強度；拉曼光譜分析則推測鋰的摻雜在氧化鋅內形成良好的incorporation，尤其指的是鋰填在鋅的位置上。另外在單根奈米柱電性的I-V量測上， 0.03M鋰摻雜氧化鋅奈米柱(氧氣氛下退火攝氏500度)可能顯現出p-type 性質。

• 學位論文

鐵鉿氧軟磁薄膜之微結構與磁性質分析及功率電感與鐵鉿氧軟磁薄膜整合之性能

近年來，輕、薄、短、小蔚然成為消費性電子產品的發展趨勢，若將鐵磁薄膜與電感整合，有助於電感尺寸的縮減以降低電子產品中直流/直流電源轉換器(DC/DC converter)的體積。本研究之目的為開發鐵磁薄膜並將其與功率電感結合。第一部份，以直流磁控濺鍍系統在O2與Ar的氣氛下，成功製備具奈米晶與非晶之混合相的Fe-Hf-O薄膜。當通入的氧流量為1.2 sccm時，成份為Fe58.8Hf13.1O28.1，其飽和磁化量約為10.6 kG，電阻率為254 μΩ-cm，導磁率為250。此外，在氧流量固定為1.2 sccm時，探討Fe-Hf-O薄膜的厚度對磁性質之影響。當膜厚由0.5 μm增加到5.5 μm時，其飽和磁化量與電阻率無顯著的變化，矯頑場與導磁率分別由 5 Oe 和300下降到0.5 Oe 與160。 在第二部份，將不同厚度的FeHfO與去除上遮蔽鼓的工字型電感整合，整合型電感的感值隨膜厚增加，感量的提升由3 % 提升到25%，且直流重疊電流(DC bias current)之表現也有所改善。另外，更進一步將整合型電感的膜厚固定為5.5 μm，探討繞線圈數為7, 9, 11和15圈時，對感值與直流重疊電流的影響。當繞線圈數增加時，感值隨之提升，但直流重疊電流卻因而下降，整合型電感的繞線圈數與膜厚分別為11圈與5.5 μm時，感值與直流重疊電流為1.34 μH和1.76 A，可適用於直流/直流電源轉換器。

• 學位論文

水熱法製備鐵酸鉍奈米結構於鎳酸鑭/氧化鋁基板

本實驗利用水熱合成法(hydrothermal synthesis method)，以硝酸鉍(Bi(NO3)3•5H2O)與硝酸鐵(Fe(NO3)3•9H2O)作為前趨物來源，配合氫氧化鉀(KOH)aq為礦化劑，製備鐵酸鉍(BiFeO3)奈米結構於具備LaNiO3緩衝層的Al2O3基板上，探討其在不同反應時間下之結構與性質差異，以及生成過程中的成核成長機制。 於X光繞射圖譜(XRD)下可清楚地發現，BiFeO3相會遵循著底下LaNiO3緩衝層的優選方向(100)與(200)做磊晶成長。隨著時間演進，此一現象越趨明顯。由掃描式電子顯微鏡(SEM)圖可以觀察到BiFeO3在水熱反應時間6至24小時後之形貌變化，由初始零星數量的奈米立方體(nanocube)出現在LaNiO3層表面，逐漸地過渡到為數眾多且體積增大的nanocubes幾乎覆蓋著LaNiO3層。為進一步確認nanocube的微晶體結構與元素成分，分別進行了穿透式電子顯微鏡(TEM)與能量散佈光譜儀(EDS)檢測，判讀結果符合預期理想。此外，更進一步地運用了X光光電子能譜儀(XPS)以鑑定nanocubes中所包含之元素成分，並且分析其中元素之化學態。BiFeO3在LaNiO3層上成長的演變，可以利用溶解-再析出(dissolution-reprecipitation)與島狀成長(island-growth)理論來作出解釋。

• 學位論文

高導磁率鈷鉿鉭磁性薄膜及其整合電感特性

本實驗選用鈷-鉿-鉭磁性膜作為研究之主題。適量鉿元素的添加能有效地抑制鈷晶粒的成長，降低薄膜磁晶異向性，得到較小的異向性場(HK)及矯頑場(HC)。於最佳鉿含量2.81 at.% (Co91.8Hf2.81Ta5.41)時，鈷-鉿-鉭膜具有優異的軟磁性質：高飽和磁化量(4πMS ~ 13.6 kG)及低矯頑場(HC ~ 0.6 Oe)。此外，其導磁率於1-500 MHz的頻帶範圍有800以上的表現。 將鈷-鉿-鉭鐵磁膜與繞製的平面電感整合，此整合電感在頻率為5 MHz的感值提升達25 %，且飽和電流的表現符合現今業界的需求。電感之直流特性表現與電感結構及薄膜特性有相當密切的關係，由模擬及實驗的結果可知感值的提升與飽和電流或高頻之表現間相互抗衡，需根據電感元件操作之需求作選擇。 另一方面，本實驗以Maxwell電磁模擬軟體模擬電感之磁通分佈及直流特性。採用商業化之功率電感作為模擬的模型，並以高導磁率(μ)之鈷-鉿-鉭與高異向性場(HK)之鐵-鉿-氧磁性膜取代原先由鐵氧體燒結而成的工字型電感結構之上遮蔽鼓。模擬結果顯示：HK ~ 100 Oe，厚度5 μm之鐵-鉿-氧鐵磁薄膜能夠承受較大電流的施加，避免電感感值於大電流下有大幅的波動，具備應用於功率電感微型化之潛力。

• 學位論文

次微米鑽石電子元件之研製及特性分析

本論文乃是利用無遮罩電漿蝕刻製程來製造次微米長柱狀鑽石棒(SDRs)。本實驗使用13.56MHz之射頻功率輸出100 W之功率產生氧氣電漿來蝕刻拋光之硼參雜與未參雜之多晶鑽石膜。SDRs表面附著一層氧化鐵。此氧化鐵利用歐傑能譜儀與X射線光電子能譜儀來鑑定。我們提出在氧氣電漿蝕刻下鑽石表面會自我生成一層氧化鐵遮罩。此微米尺寸光罩保護其下的鑽石膜，進而促進鑽石柱的形成。 硼參雜單晶鑽石棒(SCDRs)被利用來製作鋁/鑽石之蕭基二極體。每一根SCDR乃是從一顆單晶鑽石晶粒中被抽取出來。鋁／鈦金屬被用來當歐姆接觸，鋁被用來當蕭基接觸。為了增進元件的特性，在鋁／鑽石形成前，氫電漿處理是一步重要製程。在施予正偏壓-3V 時，鋁/鑽石之蕭基二極體展現極高的電流密度 1.4x104 A/cm2 在多晶鑽石膜上垂直陣列排列的硼參雜SDRs被利用來探討其場發效應。SDRs長約4.5 m，直徑約383 nm。在氧電漿蝕刻過程中氧化鐵鍍附在SDRs表面，造成低起始電場和低電流密度。當利用鹽酸洗去表面之氧化鐵時，場發特性大幅提升。在酸洗完後，SDRs展現低起始電場 4.5 V/m 和高電流密度 30 mA/cm2。然而因為在高電流下造成SDRs 尖端鈍化，使的場發射體只能穩定維持一段時間。 利用SDR來製作的MSM光二極體，進一步照射鎢絲燈，白光和254 nm的紫外光來分析其特性。在SDR兩端鍍鋁金屬來形成MSM結構。剛刮下來的SDR經由繞射圖分析是由三顆晶粒組成。在3 V的偏壓下，當MSM照射鎢絲燈與白光時均會產生10-6 A的高光電流。在-1V的偏壓下，次微米鋁／鑽石MSM光二極體展現出高的響應778 A/W。