AZO基材準備 Zn(NO3)2 /D.I. water
水溶液法合成一維氧化鋅奈米陣列 HMT/D.I. water
成分鑑定及結構分析
3-2 實驗藥品與設備
3-2-1 藥品與耗材
1. Zinc Nitrate Hexahydrate
分子式：Zn(NO3)2·6H2O 分子量：297.48
熔點：36℃ 純度：98%
製造商：Riedel-de-Haën
2. Methenamine Granular (Hexamethylenetetramine,HMT)
分子式：C6H12N4 分子量：140.19
閃點：250℃ 純度：99%
製造商：Mallinckrodt Chemicals
3. Methyl alcohol
分子式：CH3OH 分子量：32.04 沸點：64.7℃ 密度：0.791 g/cm3
純度：99.9% 製造商：TEDIA
4. Toluene
分子式：C6H5CH3 分子量：92.14 沸點：110.6℃ 密度：0.865 g/cm3
純度：99.9% 製造商：TEDIA
5. IPA (Iso-propanol)
分子式：(CH3)2CHOH 分子量：60.1 沸點：81℃ 密度：0.79 g/cm3
純度：99.9% 製造商：TEDIA
6. PS-b-PEO (polystyrene-b-poly(ethylene oxide)) 分子結構式： PEO：6300(g/mol)
製造商：Polymer Source, Inc
7. PEO (poly(ethylene oxide))
分子式：CH3-(CH2CH2O)n-CH3 分子量：ca. 4000 沸點：110.6℃ 製造商：Aldrich
8. PEG (poly(ethylene glycol))
分子式：H-(CH2CH2O)n-OH 分子量：ca. 200 軟化點：-65℃ 製造商：Aldrich
9. 玻璃
密度：2.1g/cm3 型號：OA-10 廠商：NEG
10. Si wafer
直徑：4 inch 厚度：500μm~550μm Type：p-type Dopant：Boron
電阻率：1~100Ω-cm 廠商：WAFER WORKS CORP.
3-2-2 實驗設備
旋轉塗佈機(Spin Coater)
廠牌：LAURELL 型號：MODEL WS-400B-6NPP/LITE
超音波震盪器 (Ultrasonic Cleaner)
廠牌：DELTA 型號：D150
真空烘箱 (Vacuum Oven)
廠牌：CHANNEL 型號：VO30L
射頻磁控制式濺鍍系統 (R.F. Magnetron Sputtering)
本實驗所使用之射頻磁控制式濺鍍系統，真空系統是由一機械幫 浦與另一冷吸附幫浦(Cryo Porr-8)所組成，如圖 3-1 所示，真空度可 達2x10-6 以下，機板溫度是以鹵素燈管背面加熱基座，旋轉式基座 之旋轉數率為10rpm，並配合一可程式溫控之溫控器控制溫度，為了 增進加熱系統均勻性、穩定性與加熱效率，加裝了一抗輻射加熱陶瓷 基座，其性質有顯著的提升。濺鍍槍為3 吋，與水平程 60o角，濺鍍 槍與試片中心距離為4.5cm。
3-3 實驗儀器
四點探針電性量測儀 (4-point probe measurement) 廠牌： 型號：
用途：主要是利用四點探針法量測薄膜的片電阻值，進而推算出氧化 鋅摻雜鋁透明導電膜的電阻率；其基本原理是以四根平行探針，外側 兩根探針對試片通以固定電流，再由內部的兩根探針測其相對電壓，
依(3-1)式計算得到試片之電阻係數，如圖 3-2 所示。
ρ=(V / I ) × T × CF (3-1式)
T ：薄膜厚度 CF：校正因子
紫外光-可見光分光光譜儀 (UV-Visible Spectroscope) 廠牌：HP 型號：Agilent-8453
用途：量測樣品對紫外光及可見光的穿透及吸收，用以測量樣品在 200nm至800nm之間的光穿透圖譜；而本研究利用紫外光-可見光分光 光譜儀，在去鹼玻璃上執行一維氧化鋅奈米陣列可見光穿透率(VIS Transmitance)的量測。
掃瞄式電子顯微鏡 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 廠牌：JOEL 型號：JSM-6500F & JSM-6700F 工作距離：10mm & 8mm 加速電壓：15kV
電子束電流：86μA & 10μA
X 光能量分散光譜儀 (Energy Dispersive Spectrometer, EDS)
廠牌：OXFORD
（Secondary Electron Image，SEI）可觀察到試片表面的表面型態。
原子力顯微鏡 (AFM)
廠牌：Digital Instrument 型號：D.I. 4000 用途：研究塊式高分子模板材料之表面形態。
高解析度 X 光繞射儀(High Resolution X-ray Diffractometer)
廠牌：BEDE 型號：D1
工作電壓：40 kv 電流：2 mA
繞射角度：20~70度 掃瞄速率：4 度/min 靶材：銅靶 (Cu –Kα，λ=1.54056Å )
用途：藉低掠角X光繞射(Grazing incident X-ray diffraction , GIXRD) 的方式，觀察材料之結晶結構，利用低掠角X光入射的方式可明顯的 增強薄膜材料之繞射訊號，因此被廣泛用於薄膜分析。
圖3-5為低掠角X光繞射法的幾何關係示意圖，由於入射光束與試 片表面的夾角很小，所以X光進入試片後主要行進路線在薄膜內，量 測時可得到較明顯的薄膜繞射訊號。而本實驗主是要選用全功率80W 機台之Microsource Tube入射源，作為X光分析之入射源。
化學分析電子能譜術 (Electron spectroscopy of chemical analysis) 型號：ESCA PHI 1600
靶材：Al/Mg 可變換雙陽極靶，X 光能量分別為 1486.6/1253.6 eV 能量分析儀：10-360 半球型能量分析儀，搭配 multichammel 訊號偵 測器
能量解析度(△E/E)：0.1%～0.8%
用途：ESCA 可對試片極表面(< 10 nm)做元素定性與定量分析(H 與 He 除外)，所測得電子能譜之束縛能(Binding energy)大小會依據欲量 測所處之鍵結環境不同而產生位移，稱作化學位移(Chemical shift)，
透過ESCA，可以分析未知試片之表面化學組成、鍵結情況、電子構 造等，為表面分析最有力的工具。ESCA 原理之示意圖如圖 3-6 所示。
ESCA 又稱 X 光電子能譜儀(X-ray Photoemission spectroscopy, XPS)；簡而言之，XPS 即為光電效應的應用。利用 X 光撞擊試片表
試片經過 X 光激發出的光電子將會被與 X 光源相距一固定角度 之電磁透鏡聚焦，聚焦後經過半球型能量分析儀後經由ㄧ多通道偵測 器 Multi-channel detector )接收後轉換成能譜訊號而顯示在電腦螢幕 上。ㄧ般的半球型能量分析儀由兩同心半球殼所組成，其外徑與內徑 的大小分別為R1與R2；橫跨內外兩徑間施加一電壓差ΔV(內徑為正，
外徑為負)，經過中間徑(R1+R2)/2的電壓值稱為Pass energy，此為 XPS 之ㄧ重要參數。XPS 在量測時都採取固定 Pass energy 的模式，而分 析儀的能量解析度取決與ΔE /E：E為經過能量分析儀的光電子動 能。當Pass energy 越小，ΔE 也就相對越小。ㄧ般而言，Pass energy 取5 ~ 25 V 即可得到高解析度的 XPS 能譜圖。
3-4 實驗步驟
3-4-1 氧化鋅摻雜鋁基材之製備
本研究所使用之 AZO 基材，主要是利用交通大學材料所林鵬老 師實驗室所提供之射頻磁控制式濺鍍系統所製備，並特別感謝該實驗 室李仁豪學長，在 AZO 濺鍍基材製備上所提供之指導與幫忙，其濺 鍍主要參數如表3-1 所示。
3-4-2 水溶液法製備一維氧化鋅奈米陣列
1.預先取 1.487g 的硝酸鋅與 0.7g 的 HMT，分別溶於 50ml 的去離子 水中，配製成0.1M 的硝酸鋅與 0.1M 的 HMT 水溶液。
2.依其濃度所需，配製成 0.05M~0.002M 不等的硝酸鋅與 HMT 水溶液。
3.將已預先用丙酮/異丙醇清洗好的 AZO 基材，黏在自製的載台上，
以懸空的方式將基材置入反應樣品瓶中，裝置如圖3-7 所示，目的是 為了防止析出物的污染。
4. 利用烘箱控制 90℃的反應環境，將樣品瓶置入烘箱分別反應 1.5hrs~24hrs 不等的時間；反應完成後以去離子水將樣品洗淨，並在 室溫下將樣品晾乾。
3-4-3 PS-b-PEO 塊式高分子模板製備一維氧化鋅奈米陣列
1. 配製塊式高分子微胞溶液 (如圖 3-8 所示) (1). PS-(PEO-PEO)微胞溶液
取 10mg 的 PS-b-PEO 與 1mg 之 PEO4000 加入 1.1g 的甲苯中，利用 0.001wt%~1wt%之 PEG200，再攪拌 48hrs，配製成 PS-(PEO-PEG)微 胞溶液。 homo 相的 PEO 膨潤(swelling)開來，取得一多孔性 PS-b-PEO 塊式高
分子模板材料。
(2) PS-(PEO-PEG) 塊式高分子模板材料之製備
將製備完成的高分子膜，浸泡於85℃的去離子水中 6hrs，將 homo 相PEG 以膨潤的方式溶入水中，製備出一多孔性 PS-b-PEO 塊式高分 子模板材料，如圖3-9 所示。
4.模板化成長一維氧化鋅奈米陣列
將模板化後的 AZO 基材，重複 3-4-2 的步驟，將可製備出利用 塊式高分子模板材料選擇性成長之一維氧化鋅奈米陣列，其示意圖如 圖3-10 所示。