實驗結果與討論

658.5、660、666、672、680.5、686.5、692.5 nm，如圖4-11。

4-1-2 變溫光激螢光光譜

接下來以樣品C針對這七根訊號做變溫的光激螢光光譜分析，如圖 4-12。在低溫時光激螢光輻射強度隨著溫度升高強度漸弱，並出現紅位移的 現象，到60 K時六根訊號已慢慢的混在一起了，在70K時可以明顯看出分成

兩包訊號666、680nm，當回到室溫300 K時的光譜位置已紅位移到685nm。

4-1-3 拉曼光譜分析

由文獻【26~8】中指出，658.5、660nm為PL訊號，其能階躍遷為²E(G)

4A₂(F) 【29】，如圖4-13~14【29~30】，且由於²E(G)會有簡併態，如表4-1

【31】，故會產生兩個能量相近的訊號。此外其餘皆為phonon，故我針對 拉曼光譜的434cm-1(E₂^high) 【32~33】，如圖4-15，這一訊號做能量轉換，

發現其能量為54meV剛好符合1.876eV和1.822eV及1.822eV和1.768eV之間 的能量差，而1.876eV、1.861eV、1.846eV及1.822ev、1.807eV、1.792eV之 間的差值為15meV，也接近文獻中所指的E₂^low (~12meV)，但因此訊號為低 頻拉曼，故需特殊Notch才能量測到此訊號，所以並無量測到此訊號。故推 論出660nm為ZPL【34】，其餘皆為phonon，如圖4-16。

表4-1 摻鈷氧化鋅奈米柱之各項能階分裂及其對應能量

圖4-1 室溫樣品 C 在 685nm 的發光訊號

圖4-2 樣品 C 之 SEM 圖

圖 4-3 樣品 C 之 SEM 圖-1

圖 4-5 樣品 C 之 SEM 圖-3

圖 4-6 樣品 C 之光學顯微鏡(OM)圖

圖4-7 樣品 C 在 4K 之光激螢光光譜

圖4-9 樣品 B 在 4K 之光激螢光光譜

- 圖4-10 樣品 A 在 4K 之光激螢光光譜

圖4-11 不同摻雜比例之摻鈷氧化鋅奈米柱在 4K 之光激螢光光譜

圖4-12 樣品 C 之變溫光激螢光光譜

圖 4-13 摻鈷氧化鋅奈米柱的電子能階組態

圖 4-14 摻鈷氧化鋅奈米柱的配對場晶格產生之各項能階分裂

圖4-15 樣品 C 之拉曼光譜

圖4-16 樣品 C 在 4K 時之光激螢光光譜

4-2 電性量測

在本章節要針對單一Co:ZnO奈米柱(如圖4-17)電性量測結果，作分析與 討論。先量測不同摻雜比例之Co:ZnO奈米柱之電性，再比較其差異。再以 樣品C量測其變溫電流-電壓(Temperature-dependent I-V)曲線圖，最後去分析 及討論其結果。

圖4-17 樣品C 之元件示意圖

4-2-1 不同摻雜比例之摻鈷氧化鋅奈米柱之室溫電性量測

有四個不同的樣品，分別為摻雜比例為0、10、60、90%(以下代號為 Pure、樣品A、樣品B、樣品C)。電性量測數據上，經電性量測系統KEITHLEY 6430，我所採用的是兩點式點探(Two-point Prob)，量測方式共同點皆是給 予電壓，範圍-0.1V~+0.1V，每一步掃瞄最小電壓(Step)為0.001V，去量測電 流。

首先第一組Pure, 如圖 4-18~19，其長度為 8um，直徑為 650nm，其 I-V Curve，如圖 4-20，電阻約為 5.9MΩ，電阻率為 33.99Ωcm。第二組為樣品 A，如圖 4-21，其長度為 8.52um，直徑為 500nm，其 I-V Curve，如圖 4-22，

其電阻約為 1.46MΩ，電阻率為 5.61Ωcm。第三組為樣品 B，如圖 4-23~24，

其長度為 3.11um，直徑 230nm 為，其 I-V Curve，如圖 4-25，其電阻約為

0.49MΩ，電阻率為 1.02Ωcm。第四組為樣品 C，如圖 4-26~27，其長度為 1.02um，直徑為 280nm，其 I-V Curve，如圖 4-28，其電阻約為 0.25MΩ，

電阻率為 2.19Ωcm。

Resistance Resistivity Conductivity Pure 5.9MΩ 33.99Ωcm 0.029 S cm‧ ^-1

Sample A 1.46MΩ 5.61Ωcm 0.178 S cm‧ ^-1 Sample B 0.49MΩ 1.02Ωcm 0.980 S cm‧ ^-1 Sample C 0.25MΩ 2.19Ωcm 0.457 S cm‧ ^-1

4-2-3 變溫電性量測

接下來針對樣品Co90做變溫電性量測，利用TMHS600做 stage 及 TP94做溫控管理。其溫度範圍為300-380K，每十K為一單位，電壓範圍為 -0.1V~0.1V，其結果如圖4-30所示。並對每一曲線做Fitting可求得其電阻，

再 從 電 阻(Resistance) 值 ， 可 以 換 算 出 電 阻 率 (Resistivity) 、 電 導 率

 



A R  l 

ρ is the static resistivity (Ω cm);

R is the electrical resistance of a uniform specimen of the material (Ω);

l is the length of the piece of material (cm)

A is the cross-sectional area of the specimen (cm²).

σ is the Electrical Conductivity (S-cm-1)

因此我們可以繪出電阻 vs 溫度、電阻率 vs 溫度、電導率 vs 溫度， Resistance)，由經驗式(Arrhenius relation)可算出因熱而產生電子-電洞對 (electron-hole pairs)所需活化能(activation energy)大小。由圖4-37可知，ln R vs 1/T呈現線性，符合thermally activated transport mechanism【35~36】，其關

係式： 

R

為絕對溫度，因此可由圖上之斜率算出在300~360K之間的ΔEa=0.081eV。

【37】

圖4-18 Pure Top view 之 SEM 圖

圖4-19 Pure 之 FIB 圖

圖4-20 Pure 之 I-V Curve

圖 4-21 樣品 A 之 FIB 圖

圖4-22 樣品 A 之 I-V Curve 圖

圖4-24 樣品 B 之 FIB 圖

圖4-25 樣品 B 之 I-V Curve 圖

圖 4-26 樣品 C Top view 之 SEM 圖

圖4-27 樣品 C 之 FIB 圖

圖4-28 樣品 C 之 I-V Cureve

圖4-29 不同摻雜比例之摻鈷氧化鋅奈米柱之 I-V Curve 比較圖

圖4-30 樣品 C 之 I-V-T Curve

圖4-32 樣品 C 之電阻率和溫度之關係圖

圖4-33 樣品 C 之電導率和溫度之關係圖

圖4-34 樣品 C 加熱通電燒毀之 SEM 圖-1

圖4-36 樣品 C 加熱通電燒毀之 SEM 圖-3

圖 4-37 樣品 C 之 ln R Vs 1000/T 關係圖