第三章 實驗裝置及步驟
3.1 實驗裝置
3.1.1 真空系統
真空系統真空系統真空系統真空系統包含間質隔離腔體及腔體前端樣品球之氣體管路二部分。
利用機械前置幫浦（Edward RV-12，抽氣速率為 300L min-1）及分子渦 輪幫浦（Varian turbo-V70，抽氣速率為 690 L s-1）可達成及維持系統的 真空度在3.5×10-5 torr 以下。壓力計分別使用熱偶真空計（MKS，model 223B）和離子式真空計（ion gauge，Ulavc GI-TL2），量測範圍分別為 103-10-1 torr 和 10-3-10-8 torr。
3.1.2 低溫系統
低溫系統低溫系統低溫系統低溫系統包含間質隔離低溫系統及 p-H2轉換系統二部分。間質隔 離低溫系統是由密閉循環式二段壓縮系統（Sumitomo CSW-71）而 p-H2 轉換系統則利用Advanced Research Systems（DE204A）運作，兩者均 包含壓縮機組、膨脹器、高壓連結管路及溫度控制器（Lakeshore 331）。
當間質隔離腔體壓力下降至3.5×10-5 torr 以下時，啟動壓縮機組，
壓縮機內部氦氣壓力由靜置時的1.69 MPa（245 psi）壓縮至約 2.65 MPa
（384 psi），此高壓氦氣經高壓連結管傳送至膨脹器，由膨脹器內的閥
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門馬達控制此高壓氦氣進入第一級及第二級之置換器內部，氦氣在此 因膨脹帶走熱量而產生降溫作用。膨脹後的低壓氦氣（約100 psi）經 由低壓管路導回壓縮機而完成一次的制冷循環。藉由重複多次的壓縮 及膨脹循環過程而達到降溫目的。約40 分鐘可由室溫降至 3.2 K。用 於沉積間質樣品的低溫樣品靶則安裝在膨脹器的最末端，其溫度由細 二極體（Si diode）測量，並由溫度控制器讀取，並可視實驗需要由控 制器加熱樣品靶提高溫度。低溫裝置之真空外腔底部為四面窗型，依 實驗需要分別裝上溴化鉀（KBr）鹽片及石英片（quartz），以便實驗中 進行紅外光譜偵測或雷射光解時使用。此外，膨脹器和真空腔外管之 間裝有兩個O 型環，使膨脹器得以在保持真空狀態下自由轉動，依實 驗的需要將樣品靶分別轉向樣品沉積口及紅外光譜偵測方向，或是雷 射光解的光窗。
p-H
2轉換系統包含低溫系統及內外層腔體。內層腔體連接低溫系 統的冷卻頭，啟動壓縮機組後約45 分鐘可使低溫系統由室溫降至 8 K，用溫度控制器可調整實驗需要的轉換溫度。外層真空腔體用來隔絕熱 傳導，所需之真空度用機械式前置幫浦（Edward RV-12，抽氣速率為 300L min-1）達成，使用之壓力計為熱偶真空計（MKS，model 223B），
量測範圍為103-10-1 torr。
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3.1.3 偵測系統
偵測系統偵測系統偵測系統於本實驗中，霍氏紅外光譜儀是以globar 為紅外光源（放射波長 範圍為200-10000 cm-1），以 KBr 為分光片（400-5000 cm-1），偵測器為 MCT（光區為 400-5000 cm-1），光圈大小選用3.5 mm，光譜解析度設 定為0.1 或 0.5 cm-1，移動鏡移動速度選用0.7 cm s-1，平均掃描次數 400 次，於此條件下擷取光譜時間約80 分鐘，解析度為 0.5 cm-1時，擷取 光譜時間約20 分鐘。
3.1.4 光解光源
光解光源光解光源光解光源實驗所使用的光解光源主要包括：
（1） 氟化氪準分子雷射（KrF excimer laser，Lambda Physik，LPX 240i）–其共振腔內充入 150 mbar 氪（Kr）氣體，120 mbar 氟氦混合氣 體（5%，F2/He）和 3280 mbar 氖（Ne）氣體，經過高壓放電後可由雷 射共振腔輸出波長為248 nm 的無偏極性雷射光，最大輸出能量為 240 mJ/pulse，輸出雷射光脈衝寬度（FWHM）為 14 ns。實驗使用輸出能 量16.3 mJ/pulse，同時在光解窗口放置一片在 248 nm 波長穿透率約為 40 ％的濾光片，降低光解能量至 6.5 mJ/pulse。
（2）氯化氙準分子雷射（XeCl excimer laser，Lambda Physik，LPX 100）–
其共振腔內充入110 mbar 氙（Xe）氣體，90 mbar 氯化氫及氦氣混合
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氣體（5%，HCl in He）和 3100 mbar 氖（Ne）氣體，經過高壓放電後 可由雷射共振腔輸出波長為308 nm 的無偏極性雷射光，最大輸出能量 為160 mJ/pulse，輸出雷射光脈衝寬度（FWHM）為 17 ns。實驗使用 輸出能量17.5 mJ/pulse，同時在光解窗口放置一片在 308 nm 波長穿透 率約為20 ％的濾光片（KG-1），降低光解能量至 3.5 mJ/pulse。
（3）染料雷射：本實驗使用的染料雷射為 XRES-D-1800（Sirah），可 利用兩個光柵 (G2和G3，1800 g mm-1)來選擇輸出波長。激發光源為一 台Nd：YAG 雷射(Spectra Physics)以 10 Hz 的頻率發出時間脈寬為 8-10 ns、波長 1064 nm 的近紅外光。此紅外光可經由諧頻產生器(harmonic generator, model HG-4)內的一組可控溫穩頻裝置的 KDP 經體轉換成波 長532 nm 的諧頻光，再利用兩片 532 nm 的分色鏡(dichroic mirror)將 532 nm 的光分離出來。當 532 nm 之垂直偏極性雷射光激發共振腔內染 料槽的染料，產生之染料雷射光經由擴展光束稜鏡組和光柵後，從共 振腔出來之染料雷射大部分為水平偏極性。本實驗用的染料為LDS-698，
光區在660-725 nm，入射雷射光能量為 300 mJ 時，染料雷射在 342 nm 最大輸出能量約53 mJ pulse-1。實驗使用0.5 mJ 的 340 nm 和 355 nm 波 長。
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