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二硫化鉬相關異質結構分析

我們分析二硫化鉬異質結構的物理特性，我們將鐵磁性材料（鐵、鈷鈀合金）和功能性材料（金、C60）鍍在二硫化鉬的薄片上。所有實驗中的二硫化鉬都使用化學氣相沉積(CVD)來製備於二氧化矽/矽(1 0 0)上。在鍍上異質結構之前，我們都會利用原子力顯微鏡(AFM)、光致發光光譜(PL)和拉曼光譜(Raman)來檢查二硫化鉬的基本性質。形貌上，發現一些有趣的現象：高溫下（約500 k）在二硫化鉬上鈷鈀合金的實驗中觀察到有奈米顆粒會聚集在單層二硫化鉬的邊緣，然而在多層二硫化鉬中這些奈米顆粒則在每層邊緣平行排列，且我們也觀察到光致發光的quenched (淬滅)現象，這證明高溫下鈷鈀合金也有覆蓋在二硫化鉬的平台表面上且非常的平坦，粗糙度約小於±0.5 nm，相較之下，常溫下成長在二硫化鉬的鈷鈀合金薄膜卻很粗糙（粗糙度~±2 nm）。再來是關於二硫化鉬上金（2~8 nm），我們觀察到高度反轉的現象。鍍金前，二硫化鉬到基板二氧化矽的台階高度為 +0.66 nm，這大約是正常的二硫化鉬的單層厚度。鍍金後，二硫化鉬到基板之間的高度反轉成（約-1.0至-3.5 nm）。此高度反轉現象的原因是金在二硫化鉬和基板上的不同生長模式，且這機制會取決於金的鍍膜時的溫度和金的厚度。 關於磁性方面，令人驚訝的是我們觀察到鐵磁性材料（鐵、鈷鈀合金）/二硫化鉬與旁邊的基板二氧化矽之間有magnetic decoupling(磁去耦合)的現象。儘管二硫化鉬厚度（~0.66 nm）比鐵或鈷鈀合金的厚度更薄，關於3.6 nm的鐵在二硫化鉬上的矯頑場 (Hc) 為 28 ±5 Oe，然旁邊區域基板二氧化矽上的3.6 nm Fe的Hc約為 58 ±5 Oe，可看出矯頑場有明顯的差異(約30 Oe)，之所以會有magnetic decoupling是由於鐵在不同基材上具有明顯的界面的磁各異向性。且也觀察到鈷鈀合金在二硫化鉬上也有類似的現象，在二硫化鉬上的鈷鈀合金(8 nm)的Hc為 52 ±3 Oe，旁邊的基板二氧化矽上的鈷鈀合金Hc 為 64 ±3 Oe，可得知鈷鈀合金上也會觀察到magnetic decoupling的現象。 最後，關於有機材料在二硫化鉬上的研究，隨著C60覆蓋度的增加，PL峰值從原本是二硫化鉬主導的1.83 eV變為C60主導的1.69 eV，此外在 C60/二硫化鉬這異質結構上證明了連續雷射會導致C60脫附。大約10 mW/µm2 的雷射功率就足以讓二硫化鉬薄片中的 20 nm C60脫附，所以可用這方法設計約為 500 nm微觀圖案。除了形態結構之外，還通過連續雷射誘導C60脫附的方法，來觀察在C60/二硫化鉬上微觀圖形的PL，關於上述在二維材料二硫化鉬基本研究(形貌，磁性，有機材料雕製微觀圖形)，相信這對未來的二維材料的二硫化鉬自旋電子應用 或元件設非常有幫助。

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使用接觸式原子力顯微鏡在石墨烯/二硫化鉬異質結構上製造圖案化的光致螢光

@_@不同二維材料的堆疊會引起光電特性的變化。然而，操縱圖案化的多層二維材料異質結構仍然具有挑戰性。因此，在這項研究中我們使用原子力顯微鏡對多層二維材料異質結構進行了圖案化處理，並進行表面形貌以及光致螢光的量測。應用不同的正向力大小，得以去除石墨烯上的殘留PMMA或是二硫化鉬上的石墨烯。當探針的正向力大小控制在110 nN ~ 200 nN的範圍內，可以有效清除石墨烯表面殘留的PMMA，使得表面粗糙度從平均15 nm下降至平均3 nm。當正向力大小介於200 nN與330 nN之間，石墨烯/二硫化鉬異質結構的石墨烯層會有破碎的現象，而在此範圍內其正向力與破碎程度呈現正相關。當正向力大小大於330 nN，石墨烯/二硫化鉬異質結構的絕大部分石墨烯層會被去除，僅殘存零星的石墨烯碎片。同時，石墨烯/二氧化矽上殘留了93％的石墨烯，這意味著二硫化鉬上的石墨烯比二氧化矽上的石墨烯相對容易刮除。而當正向力大小大於660 nN，可以完全去除石墨烯層並保留完整的二硫化鉬層。在轉移石墨烯之後，石墨烯/二硫化鉬異質結構的光致發光波長會有些微紅移的現象。在正向力摩擦之後的光致發光波長會相對於轉移石墨烯後有些許藍移的現象。在石墨烯/二硫化鉬異質結構上製造圖案，並透過光致發光光譜確認在裸露的二硫化鉬區域，其光致發光的光強度為石墨烯/二氧化矽區域的2倍。在表面電位分佈圖中也可以得到在圖案化的區域，表面電位與周圍石墨烯/二硫化鉬區域的電位差約為300 mV。從光學顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜和光致發光光譜中，分別觀察到了PMMA和石墨烯的去除。我們已經成功地使用原子力顯微鏡來改變表面形貌以及圖案化的光致螢光，這將在未來激發更多有趣的研究或應用。

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鈣鈦礦與鐵磁層交互作用與磁阻元件製作

@_@在先前的研究中，我們發現在FePd薄膜上成長的MAPbBr3會是離散圓盤狀的鈣鈦礦，對於製作元件來說這會導致裸露的FePd薄膜讓電子直接短路，於是在本研究中我們利用了氧化鋁(AlOx)作為插層，在鈣鈦礦MAPbBr3與鐵磁層Co和Fe中間插入AlOx薄膜，成功成長出連續性且均勻的MAPbBr3薄膜，根據原子力顯微鏡顯示其粗糙度約為15 nm，磁光柯爾顯微鏡的結果也顯示出旋塗上MAPbBr3薄膜不會對下方鐵磁層磁性有所影響。在近期的研究顯示出CsPbBr3相對於MAPbBr3具有較高的熱穩定性，且我們發現CsPbBr3旋塗於金屬層上為連續均勻的薄膜。根據上述的結果，鈣鈦礦CsPbBr3可能具有高的應用潛力。因此我們對於CsPbBr3與鐵磁層的交互作用進行研究。我們在方格陣列Co薄膜厚度分別為6 nm、10 nm、12 nm與16 nm旋塗上CsPbBr3，此四種樣品在旋塗CsPbBr3前後的矯頑場均無改變，接著觀察到6 nm與10 nm樣品的矯頑場會隨著第一次雷射光照射的時間有逐漸降低的趨勢，其中10 nm的樣品在照射24分鐘後會量測不到磁性，然後在關閉雷射後放置一小時並再次照光30分鐘後，此時的矯頑場會提升至74.5 Oe，而12 nm與16 nm的樣品則有相反的現象，在雷射光照射下，樣品的矯頑場會隨著雷射照射時間有逐漸增加的趨勢，其中12 nm的樣品在照射28分鐘後會量測不到磁性，而在關閉雷射一段時間後矯頑場會提升至150 Oe，從結果也能發現當雷射光照射時，如果矯頑場有變化且磁性還能被量測到的樣品，在放置一段時間後，矯頑場並不會有回復的特性，根據原子力顯微鏡也能觀察到當給予兩次30分鐘的雷射照光時，粗糙度會從17.9 nm提升至22 nm與27.6 nm。因此，我們推測藍光雷射的照射會改變CsPbBr3的特性，同時也會改變下方的磁性金屬層。

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無機鹵素鈣鈦礦/磁性金屬薄膜 -雙層異質結構之形貌、磁性及熱穩定性分析

@_@在這項研究中我們主要使用物理氣相沉積法(Physical vapor deposition, PVD)製備鐵鈀合金薄膜，並且利用旋轉塗佈法將鈣鈦礦(CsPbBr3)量子點旋塗於表面，接續觀察樣品在旋塗前後(CsPbBr3/FePd v.s FePd)的變化，包括表面形貌、光學及磁性，並且觀察不同退火溫度(100˚C ~ 180˚C)後的轉變。CsPbBr3/FePd在原子力顯微鏡(AFM)量測下，我們發現表面在經退火後粗糙度大致不變，且平均約為±10 nm高低且誤差值為1.5 nm。從掃描式電子顯微鏡(SEM)發現量子點為平均大小約11 nm的正方形，並且退火180˚C後有融合的現象。透過光致螢光(PL)的數據分析我們得知在退火100˚C後，光訊號強度下降了3/4，且發光波長有紅移4 nm的現象。最後經由磁光柯爾量測從室溫到退火160˚C，FePd樣品的矯頑場增加了74 %，而CsPbBr3/FePd樣品的矯頑場僅增加了19.2 %；由此結果方知CsPbBr3是一個可以保護磁性材料的覆蓋層。