第三章 實驗設計
3.1 實驗儀器設備
3.1.1 雙靶式射頻磁控濺鍍系統(RF Magnetron Sputtering)
本實驗用於製備樣品的主要矽統，本系統備有兩組兩吋的磁控濺鍍槍 (Sputtering Gun)，對應兩組的射頻電源供應器(RF Power supply)，在高真空下濺 鍍非晶質碳與金材料備多層膜樣品。
圖 3-1 磁控濺鍍系統示意圖
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3.1.2 磁圓二色光譜儀(Manganic Circular Dichroism, MCD)
磁圓二色光譜儀(MCD)常用於稀磁性半導體的分析，由於是通過紅外光到 紫外光波長的光學量測，一般不會破壞樣品本身的結構，也不受樣品幾何與電 性的限制。在稀磁性半導體的研究上，MCD 直接反映出半導體能帶的結構，快 速篩選多數樣品，再進行其他項更精密結構的分析，可減少許多研究的時間成 本。
由原理得知MCD 量測的運作原理必須產生單頻率的左旋圓偏振光與右旋 圓偏振光。因此，再來看其內部結構。
量測MCD 為 J815 CD Spectrometer，屬於透射式的磁光光譜儀。燈源採用 450W 氙弧燈，其燈源的的光譜圖與太陽光近似，高低波長範圍廣泛
(200nm~800nm)，而且採購價格又便宜，因此非常適合當作 MCD 光源。
氙弧燈發出光源，通過單光儀內具有雙折射材料的稜鏡組進行分光與光線 偏極化，此時線偏振光在經過石英調節器調整相位變化。線偏振光在交替進行 相位調整後，形成左旋與右旋圓偏振光。兩圓偏振光相差一個相位差分別通過 外加磁場的樣品進行吸收。再由光電倍增管接收穿透樣品後的旋光得到各自的 測量值。經由光電效應將光訊號轉為電訊號放大後接收，再分別對左右圓偏振 光的吸收值進行相加與相減，經軟體運算後得到總吸收值與吸收差光譜。
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圖 3-2 MCD 光譜儀之結構簡圖：M0、M1、M2~M5：面鏡；LS：燈源；
~S3：狹縫；P1、P2：棱鏡；L：鏡片；F：濾光器；CDM：調節器；SH：遮光 器；PM：光電倍增管。
3.1.3 高解析度穿透式電子顯微鏡(High-Resolution Transmission Electron. Microscopy, HRTEM)
由本研究主要探討目的為C/Au 的界面效應所引發的磁電漿子訊號增強，
因此以HRTEM 影像觀測不連續多層膜成長情況，將有助於對於碳石墨化的解 釋。也能了解Au 層呈現島狀分布，實際的粒徑大小，利於調整製程參數作為 磁電漿子訊號的調控。
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3.1.4 拉曼光譜儀(Raman Spectroscopy)
拉曼光譜儀可量測非晶質碳sp2與sp3的分布情形 [11]，觀測 sp2的比例越 高是否真能如所預測，因未鍵結電子對與不連續金膜發生交互作用，使得磁光 訊號增強，得到磁電漿子效應增強的直接證據。
3.1.5 快速熱退火(Rapid Thermal Annealing, RTA)
碳的石墨化可能有助於磁電漿子訊號增強，使用真空快速熱退火，不同的 退火條件可能是不連續C/Au 多層膜的石墨化的調控因素之一。對於金顆粒膜 進行退火後，可使原本較零碎分布的金顆粒與周邊的碳進行重新排列，增加界 面有效面積，進而增強磁電漿子訊號。經過RTA 的樣品，可由 MCD 再一次確 認訊號，可由磁光訊號比較即刻判斷磁電漿子變化情形。