基材 反應溶液
4. 將樣品瓶置入90℃之烘箱分別反應2~24小時不等之時間。
5. 反應完成後以去離子水將樣品洗淨，並於室溫下將樣品乾燥。
圖3-2 水溶液法合成氧化鋅奈米柱示意圖。
3-3-4 氧化鋅奈米柱之發光二極體元件結構設計
完成上述氧化鋅奈米柱之後，利用半導體相關製程技術完成發光 二極體(LED)元件，圖 3-3 為 LED 元件製程流程示意圖。
圖3-3 LED 元件製程流程示意圖。
3-4 分析儀器與方法
以 X-光粉末繞射儀(x-ray diffraction; XRD)鑑定樣品之純度與其 長程有序之晶體結構；以紫外可見光擴散式反射光譜(UV-vis. diffuse reflectance spectra; UV-vis. DRS)分析固態螢光粉末於紫外光與可見光 其吸收特性；利用光激發光光譜儀(photoluminescence; PL)分析螢光粉 之激發光譜與放射光譜特性，並將放射光譜以程式轉換為其色度座 標；以掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscope; SEM)進行樣品
表面型態分析與觀察其粒徑大小之差異性。
＊ z is the intensity-weighted average of α1 and α2
本實驗X光繞射分析係採用PANalytical X’Pert PRO X-ray powder diffractometer (XRD)型繞射儀，如圖3-4所示，其以銅靶(Cu)為光源，
其功率為3 kW，且放射光源Kα1之波長為1.5406 Å。操作時使用之電 壓與電流分別為40 kV與40 mA條件下進行粉末繞射分析實驗，其中 2θ繞射角掃描範圍為20°~60°，每間隔0.02°讀取一次數據，掃瞄模式 為2θ/θ，即將分析樣品平鋪於樣品槽 (sample holder)，置於圖中之旋 轉中心，此時將繞射測角儀做旋轉，偵測器則與出射光之夾角2θ，入
射光與槽座之夾角為θ，利用同步紀錄之系統而得各繞射峰之強度與 角度(2θ)之分布關係。所得之數據可進行結構精算之分析，瞭解更完 整之晶體結構資訊。
圖3-4 X光繞射儀 (x-ray diffraction; XRD)
(1) 繞射原理[89]
當光通過單狹縫時，可視為許多光源從狹縫發射，彼此波互相消 長，形成干涉，因而於遠方之每一點上所接收到波均為許多波之合 成，即大家所熟知繞射原理，亦為X-光繞射法當中最重要之觀念。
(1) Laue Equation：
PD (Path Difference) = nλ
1912年Von Laue提出Laue Equation，他發現X-光於形成繞射時，
其波程差必須為X-光波長整數倍，才能形成完全建設性干涉，才能於
底片上顯像。描述X-光繞射時，因光會合於遠方之一點，因此我們即 fitting method)技術之發展，XRD數據不僅可用以進行結構精算(least squares structure refinement)，更可進一步以求得未知晶體結構。以單 晶四環繞射儀做結構解析，可取得許多有用之結構數據。但於實際科 學研究與生產過程中，時常無法獲得足夠大(約725 mm)之無缺陷單 晶，此時粉末X-光繞射結構解析即成為一重要之方法。
GSAS 程 式 採 用 Rietveld 全 光 譜 精 算 法 (Rietveld full pattern refinement method，簡稱Rietveld法)做結構精算。Rietveld法為1969 H.
M. Retiveld所提出，適合分析由X-光與中子粉末繞射所得之數據，利 用結構精算可得物質之物理與化學特徵性質，然而多數之物質不易合
數據加以分析，然而中子繞射之儀器普遍性不佳，利用Rietveld法可 分析X-光粉末繞射所得之數據，使得分析晶體結構之研究大幅提升。
Rietveld法主要採以階梯掃描(step scan)每一步之峰形強度 (於本 研究中以2θ量測0~180°，每間格0.01°停留10秒)，而不用整個繞射峰
“goodness of fit”用以表示分析之品質：
( )
χ2 =
− M NO NV
其中M為minimization function，NO為step scan所得之繞射圖點 Armel Le Bail所發展，利用電腦程式模擬，將原本錯誤之原子位置，
移 動 至 較 符 合 粉 體 模 型 之 位 置 ， 稱 為 整 體 性 之 最 優 化(global optimization methods)，或稱直接空間方法(direct space methods)，利用 此方法可對於新合成或未有詳盡之原子座標資訊給予空間群與晶格
度及對比則根據偵測到之訊號強度做改變。利用此方式，試片表面之 特徵狀況即可一一表現出來。本實驗使用國家奈米元件實驗室(NDL) 之掃描式電子顯微鏡：HITACHI S-4000，其電子槍為冷場發射式(field emission)。圖3-5與圖3-6分別為為掃描式電子顯微鏡及其結構示意圖。
圖3-5 冷場發射式掃描電子顯微鏡(FESEM)。
圖3-6 電子束與試片作用產生各種電子示意圖[91]
3-4-3 光激發光光譜儀 (PL)
光激發螢光(photoluminescence； PL)光譜儀乃為簡便與精準地檢 測發光材料之光特性。此部份採用台大化學系劉如熹教授實驗室設置 之FluoroMax-3測量螢光材料之激發光譜(excitation spectra)與放射光 譜(emission spectra)，如圖3-7。
圖3-7 光激發螢光(photoluminescence; PL)光譜儀。
光源為利用氙弧燈提供一寬波段之激發光源，為得高解析之螢光 量測數據，入射光源須為持一特定之波長，藉由單光器(monochromater) 之狹縫(slit)將光源出射光分成特定波長之入射光，入射光之能量被螢 光粉體吸收後，螢光粉體將發射另一特定波長之光段，打至發射光之 單光器，如同激發光之單光器，只允許某一狹窄之波段通過，再利用 光電倍增管(photomultiplier tube； PMT)收集光並測量其螢光強度，
並以DataMax軟體分析光譜資料。光譜量測過程其示意圖如圖3-8所 示。
圖 3-8 螢光體光譜量測過程[92]
圖3-9為本研究所使用之FluoroMax-3光譜儀各結構實際之配置，
其包含七大主要部分，涵蓋：
1. Xenon光源與其保護座
1a. Xenon光源電源裝置 (power supply) 1b. Xenon光源閃光 (flash lamp)
2. 入射光源單光器 (excitation monochromator) 3. 樣品放置槽 (sample compartment)
4. 發射光源單光器 (emission monochromator)
5. 偵測器 [signal detector (photomultiplier tube)]
6. 參考偵測器 [reference detector (photodiode and current-acquisition module)]
7. 儀器控制電子元件 (instrument control)
實驗之過程光源由圖中1部分發射，而將螢光粉體置於樣品槽 內，並置於圖中3之樣品放置槽，圖中7為連接電腦控制，藉由控制圖 中2與4之單光器則分別進行激發光譜與放射光譜之實驗，由光電倍增 管放大(圖中5)而收集，其中激發光譜可由圖中6偵測Xenon光源之訊 號並校正之。若進行比較發射光譜之絕對強度實驗過程，則控制實驗 之時間於兩小時內完成，此時期之光譜經穩定度量測，誤差值座落於 3%以內，所得之發射光譜強度比較為可信之數值。
圖3-9 光激發光譜儀構造
3-4-4 C.I.E.色度座標圖 座標(x，y)表示色相與飽和度之情報稱為色度座標圖(chromaticity Diagram)，如圖3-10 [93]。
O && && &&
原色光單位確定後，白光Fw之配色關係為︰
圖3-10 色度座標圖(Chromaticity diagram) [93]
3-4-5 半導體量測分析儀器
電性量測儀器為使用NDL 所提供的 HP4156C 與安捷倫公司所提 供之B1500A 半導體量測分析儀器，其量測的溫度為室溫(300K)；並 設定 Vp(正極電壓)變數對 In(元件工作區域之所需電流)作元件電性量 測分析。其整體量測儀器之架設如圖3-11 所示。
圖3-11 半導體量測分析儀示意圖。