淡江大學物理學系碩士班學位論文
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因為鑽石與矽基材的晶格常數不匹配，所以在成長鑽石薄膜之前必須要先預孕核或是破壞矽基材表面降低鑽石與矽基材的表面能差，一般常用的方式是將矽基材放入添加鑽石粉與鈦粉的溶液中以超音波震盪45分鐘，其缺點就是成核時間長而且成核密度低。成核完後利用微波電漿化學汽相沉積法(Microwave Plasma Chemical Vapor Deposition, MWPCVD)以甲烷(CH4)與氬氣(Ar)電漿成長超奈米晶鑽石(Ultrananocrystalline Diamond, UNCD)薄膜。本研究開發利用甲烷(CH4)與氫氣(H2)，以負偏壓成核(Bias Enhanced Nucleation, BEN)及負偏壓成長(Bias Enhanced Growth, BEG)製程，合成奈米晶鑽石薄膜(nanocrystalline diamond, NCD)。 在第一部份，我們首先是固定成長時間60分鐘，改變負偏壓(Negative Bias Voltage)、微波功率(Power)、氣體壓力(Pressure)與甲烷濃度 (Methane Concentration)，並且找出一組可以獲得最佳場發射NCD薄膜的製程條件。接著在第二部份，我們固定一組場發射最佳條件，成核10分鐘後改變不同偏壓成長60分鐘，去探討不同偏壓對微結構的影響。在第三個部份，我們比較BEN-BEG製程與「二階段製程」的不同。所謂「二階段製程」是利用超音波震盪後在成長一UNCD薄膜當作孕核層，之後再成長一層微晶鑽石(Micro-crystalline Diamond, MCD)。我們在施加偏壓成核與成長過程中，會利用光放射光譜 (Optic Emission Spectroscopy, OES)與偏壓電流(Bias Current)監測製程，並利用拉曼光譜、SEM分析表面形貌、電子場發射量測(EFE)鑽石薄膜的特性。 研究發現不同的製程參數對於鑽石薄膜的成分、表面形貌電子場發射特性有很大的影響。而甲烷(CH4)與氫氣(H2)電漿BEN-BEG成長出來的鑽石薄膜場發射特性優於一般UNCD。最後利用穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy, TEM)分析BEN-BEG與超音波震盪成核成長出來的薄膜，BEN-BEG的晶粒尺寸約50nm，與一般甲烷(CH4)與氫氣(H2)電漿成長出來的MCD 晶粒尺寸約500nm很明顯變小，但尚未達到UNCD晶粒尺寸等級，另一方面再去分析基材與鑽石的介面成核機制，則可以發現偏壓輔助成核與超音波震盪成核兩者的機制有很大的不同；偏壓輔助成核可以避免在孕核層型成非晶形碳(amorphous carbon)，且在NCD薄膜中會形成石墨絲(graphitic filament)，這或許可以解釋BEN-BEG場發射起始電場比UNCD低的原因。
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我們在這篇論文裡說明如何運用漸近疊代方法(the asymptotic iteration method)，計算四維時空裡不同黑洞(Schwarzschild、Reissner-Nordström和Kerr)的準正則模(quasinormal modes)。對於Schwarzschild黑洞，我們計算重力微擾的準正則頻率。至於Kerr黑洞，我們則計算純量和重力微擾的準正則頻率。我們特別討論低模的數值結果，並且和之前發表的結果做比較。
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本論文主要是測量太陽能電池的有機染料三苯胺含噻吩衍生物樣品，在不同溫度下粉末態和薄膜態的吸收光譜和光致發光光譜，以探討樣品在溫度變化下的光電轉換效率。我們發現薄膜態樣品的轉換效率在高溫的情況下比低溫好，而粉末態樣品則沒有明顯的趨勢。
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在染料敏化太陽能電池中染料扮演了關鍵性的角色，它的功能是吸收太陽光後釋放出電子，染料是影響染料敏化太陽能電池中光電轉化效率的主要因素。本研究是將有機染料HCH4分別以粉末和薄膜態測量吸收光譜和光致發光光譜，並考量在地球各種不同環境下不同的溫度(200K至400K)，以了解染料在不同溫度下的光譜特性，藉此判斷其穩定性及變化情形。經由吸收以及PL光譜發現，有機染料HCH4在高溫時的效果較佳。
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本論文是利用X光反射率(X-Ray Reflectivity)、高解析X光繞射(High Resolution X-Ray Diffraction)與平面掃描(2-D Mapping)的研究方法，針對多層薄膜的樣品NSMO(Nd0.35Sr0.65MnO3)以及YBCO(YBa2Cu3O7)之結構加以分析與討論，兩種材料係以不同的順序成長於LAO(LaAlO3)基板上時的薄膜樣品結構，並且比較兩種不同成長順序的薄膜在其表面/介面粗糙度以及厚度。實驗結果發現NSMO與YBCO成長順序相反時，薄膜樣品因為堆疊順序的不同進而導致晶格排列出現較不一樣的情況。透過平面掃描，我們可以量測出基板LAO的品質，發現YBCO/NSMO/LAO該塊樣品之基板有twining的結晶情況，進而影響到往上成長的薄膜結構也產生twining的情況發生，與該樣品針對反射率量測結果為粗糙度較大的情況相互呼應，因此，了解到基板之結晶品質對薄膜樣品成長時所造成的影響性：最後，在phi-scan的測量上發現NSMO/YBCO/LAO樣品之薄膜結構具有四重的對稱性，而YBCO/NSMO/LAO因為基板的問題，導致在結構對稱性上出現瑕疵。
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本論文主要是利用共振散射以分光儀來分辨出電荷以及電子自旋條紋結構，由於電荷和電子自旋條紋是發生在同一個調制結構的波向量上，因此在沒有分光儀的情況下無法將這兩種調制結構分辨出來。由於磁結構的散射截面積遠小於電荷結構的散射截面積，因此利用一般X光繞射技術無法得足夠的散射振幅，為了獲得到更強的訊號，因此利用X光共振散射技術。由La5/3Sr1/3NiO4電子自旋所產生的自旋調制結構與光偏振方向的特性，利用共振效應來增強電子自旋條紋所產生的散射振幅。而本實驗是利用Ni K-edge的共振效應來增強磁結構的散射振幅，並分析La5/3Sr1/3NiO4在Qco(2.66, 0, 1)以及Qso(3.33, 0, 2)這兩個波向量的共振訊號。由調制結構波向量與入射光能量的變化圖分析出電荷結構及磁結構的不同，並搭配磁結構與溫度的變化圖來確定磁結構的臨界相變化，進而解釋La5/3Sr1/3NiO4 隨溫度改變在L軸向產生二次轉折的原因。另外實驗在La2-xSrxNiO4（x=0.225）中利用了方位角掃描（azimuthal scan）證明出電荷調制結構的二重對稱性。
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La2-xSrxNiO4 (LSNO)是藉由La2NiO4摻雜金屬元素鍶(Sr)所形成的。隨著溫度及摻雜量的變化，LSNO會形成電荷有序排列(charge-ordering)和自旋有序排列(spin-ordering)兩種不同的電子結構排列狀態。此論文是利用X-ray 散射，來研究La2-xSrxNiO4系統中由電荷有序排列所形成的調制結構與Sr含量的關係，也可藉此來探討La2-xSrxNiO4系統由調制結構所產生的相變化。因調製結構的波向量Q與Sr含量有密切相關，所以在摻雜量x=0.33中，電荷與電子自旋調制結構的Q值在某些位置是重疊的。與其它摻雜量相比，其繞射峰的積分強度與半高寬之結果明顯不同，而量測方式的不同，也會導致隨溫度變化的行為曲線有所不同。藉由不同摻雜量間的互相比較，我們觀察到電荷條紋有序排列結構確實會因摻雜量的不同，而導致在降溫過程中產生不同的變化行為。
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在我的論文中，會先介紹我所使用的第一原理計算工具CASTEP，以及了解二倍頻係數程式與其所採用的公式對照，以及它如何使用CASTEP的光學計算結果獲得二倍頻係數，進而使我了解要如何使用這光學計算結果應用在我要做的計算全頻譜的三倍頻係數程式，並且介紹程式中所使用到的近似或是轉換公式，最後再與其他研究群所做的結果做比較。
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量測有機半導體銅酞菁（Copper Phthalocyanine，CuPc）在不同溫度下的白光吸收（absorption）與光致螢光（photoluminescence）的光譜變化，來探討CuPc在不同溫度下電子躍遷的狀況；並以應用在有機薄膜太陽能電池的考慮下，判斷溫度對CuPc有何影響。實驗發現，在溫度200K到400K之間，吸收光譜沒有明顯的位移以及強度變化；光致螢光光譜雖然沒有位移，但是強度會隨溫度降低而增強，同時伴隨一個聲子的光致螢光0-1峰也會更加明顯。因此由光譜推論CuPc在低溫的效能會降低。