實驗分析儀器

X 光繞射分析儀是一種非破壞性的分析方式，因此被廣泛應用在 材料科學方面的研究，其中包括晶相的定性與定量分析、晶粒度與內 應變的量測、殘餘應力的分析、組織結構量測與結晶度分析等。同時 也可以在不同的高溫、低溫、低壓和真空環境條件下來進行分析及研 究。在此次的研究中，我們藉由 X 光繞射分析儀來量測，並收集繞射 訊號強度來得到待測樣品的繞射圖譜(繞射圖譜是以繞射強度對繞射角 作圖)，再將此繞射圖譜透過結晶面標定過程來得到待測樣品的結晶結 構，所使用儀器如圖36 所示。

儀器中主要的功能模組包含入射光源模組、繞射光偵測模組，樣 品測試平台及控制模組，如圖37 與圖38 所示。

圖 37 X 光繞射分析儀器結構

圖 38 X 光繞射分析儀控制模組 入射光

源模組

繞射光 偵測模組

待測樣品 放置平台

當入射光經由待測結晶體產生反射現象，但是在某些散射角下會 產生散射波，由於相鄰晶面的散射波相位相同且光程差為波長的整數 倍，因此會產生建設性的干涉，滿足此條件下產生的繞射稱之為布拉 格定律，如圖39 所示。

2dhklSinΘ=nλ

其中，d：反射原子面之間距；

Θ：入射光與原子面之夾角；

n：繞射階次；

λ：X 光波長。

圖 39 布拉格定律之幾何關係 [36]

3.3.2. 可視光分光光譜儀

可視光近分光光譜儀是一種用來量測吸收光譜，吸收度、穿透率 及反射率的儀器，可適用於電子、光電、化工、材料等研究領域。在 此次的研究中，藉由可視光近分光光譜儀的波長掃描功能來量測並取 得入射光波長從 300~1000 nm 範圍的穿透率，所使用的儀器如圖40 所示。由於本次實驗針對銦錫氧化物薄膜方面來研究，在放置試片的 腔體位置須選用薄膜專用的腔體，如圖41 所示。

圖 40 UV/VIS 分光光譜儀

樣品 放置區

圖 41 薄膜試片夾座

透過該儀器可以量測到該材料的吸收起始波長，並藉由 Eg＝

1240/λonset 公式計算來得到能隙在不同的啟始波長下的變化。

試片夾座 試片夾座

3.3.3. 四點探針量測技術

四點探針量測儀可被使用來做為量測薄膜電性以及薄膜電阻率 的儀器，利用四點探針技術，將電壓與電流之量測探針放於不同的探 針組，並在其中兩個探針間加上固定之電流，並同時量測另外兩個探 針間之電壓差值，就可以計算出薄片電阻。圖42 為四點探針量測儀 器，透過驅動程將探針向下移動，使探針與試片接觸，搭配圖43 的電 阻抗量測儀器來計算並讀取所量測到的片電阻值。

圖 42 四點探針儀 探針位置

試片放置區 驅動軸承

圖 43 導電阻抗量測儀器

圖44 為四點探針量測的示意圖，當探針之間隔S1 = S2 = S3 = 1 mm，且薄膜面積無限大的情況下，若電流 I 加在 P1 與 P4 之間，

則薄膜片電阻 Rs = 4.53 V/I，此處的 V 為 P2 與 P3 之間的電壓；若 電流加在 P1 與 P3 之間，則薄膜片電阻 Rs = 5.75 V/I，V 為 P2與 P4 之間的電壓。通常先進的工具都會進行四次量測，以程式依序進行 上述兩種量測組態，並改變每一種組態的電流方向來減少邊緣效應以 得到更準確之數值。

圖 44 四點探針量測儀示意圖

3.3.4. 電容電壓量測儀器

電容電壓量測實驗是使用 Agilent B1500A 半導體元件分析儀來進 行量測分析，設定量測的頻率為 1MHz，直流電壓量測範圍 +2V ~ -2V，最後藉由電腦將所量測到的數據轉換為曲線圖。

圖 45 半導體元件分析儀 [51]