前言

1.1.1. Nanotechnology

隨著科技的進步， 藉由精密機械製造、光學科技廣泛應用，人們 得以在微觀尺度下，進行研究、設計元件等等。在1970年末期的研究 發現，在奈米級(Nanometer)、次微米級(Sub-micrometer)，觀察出 許多特殊的光、電物理現象，圖 1-1。這些都是異於我們對於傳統物 理、化學的認識，如表面效應、小尺寸效應、隧道效應、異質界面效 應、透明效應、量子局限效應等等。當中又以表面效應、尺寸效應量 子局限以及量子穿隧效應最被廣泛應用、研究。

(1)表面效應: 奈米粒子表面原子數與總原子數比，隨粒子直徑變小 而級距增大後所產生性質上的變化。例如由於前述奈米量子尺寸效應，

粒子表面原子鍵結狀態可能因失去配對或重組，導致新的化學平衡系 統，與原先傳統化學平衡大相逕庭。

(2)小尺寸效應: 隨著顆粒尺寸的量變，在一定條件下會引起顆粒性 質的質變，當中包括光學性質、熱學性質、磁學性質等改變。這些由 顆粒尺寸變小所引起的巨集觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。

(3) 量子侷限效應: 在巨觀下(Macro-scope)尺度下，塊材 (Bulk Material)的能階是連續的，但介於原子、分子與塊材間的奈米粒子

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而言，原本在塊材內連續的能階，會隨尺寸縮小而使能階的間距增大，

最後將分裂為離散的能階。

(4)量子穿隧效應: 當在奈米尺度下，電子有一定機率穿過比本身高 的位能障礙，此機率會隨位能障礙越低越薄而提高，此現象稱為量子 穿隧效應。

而利用上述利用特殊物現象，人們得以用微觀的幾何設計、金屬的選 擇，造成宏觀物理、化學的改變，也同時改寫原本元件、原物料的製 程，更進一步的往科學技術極限邁進。

圖 1 - 1、奈米現象

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1.1.2. 金屬介電複合材料

金屬介電複合材料，通常泛指具有金屬奈米粒子鑲嵌的介電材料，

而此種材料通常具有結構性、均勻性，對特定物理刺激有高度敏感性 (光性、電性、磁性等等)，而因為其具有特殊光電性質，而被大量廣 泛研究，如負折射系數[1-5]、光學電路[6]、快速光學反應[7]乃至 於新式電容[8]，圖 1-2、圖 1-3。而之所以會有這些特殊光電效應，

主要原因在於金屬奈米粒子以及其結構性的排列。近來研究已證實，

金屬奈米粒子以特定波長電磁波照射，會產生局部性表面電漿共振，

強化金屬粒子之間的近場電場[9]，而粒子間的介電材料，剛好提供 所需的距離及介電常數，因此也同時改變原本的光電性質。

在現今金屬介電複合材料製作中，大致上使用多孔性物質(如 TiO2、 Al2O3)，當作模板(Template)，加以加工製作[10-11]，而製程的方 式可分為:化學氣相沈積法(CVD)[12]、真空加壓法[13]、無電化學沈 積法[14]、脈衝雷射沈積法[15-16]、電化學沈積法[17]等等，不同 的製程方法，所能操作的金屬種類、介電材料、結構、均一性也截然 不同。

而對於金屬介電複合材料而言，最重要的均一性、完整性。而在上 述的方式中，以電化學沈積法最為廣泛發展，原因在於其製程簡單、

快速，但同時也可達到多樣性的參數控制，並具有高度重現性。

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圖 1 - 2、負折射係數示意圖(TE、TM mode)

圖 1 - 3、基本光學電路展示圖

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