3-1 實驗裝置
實驗裝置是由真空系統、低溫系統、p-H2轉換系統、偵測系統以 及光解光源五部分所組成。
3-1-1 真空系統
真空系統包含間質隔離腔體及連接腔體前端樣品球氣體管路兩 部份。利用機械前置幫浦(Edwards RV12，抽氣速率為 237 L min1)及 分子渦輪幫浦(Varian turbo-V301 Navigator，抽氣速率為 280 L s1)可 達成並維持系統的真空在 1.5 × 106 torr 以下。壓力計分別使用電容 式真空計(MKS，model 223B)和離子式真空計(ion gauge，ULVAC GI-TL2)，量測範圍分別為 103–101 torr 和 103–108 torr。
3-1-2 低溫系統
間 質 隔 離 低 溫 系 統 是 利 用 循 環 式 二 段 壓 縮 系 統 (Sumitomo CSW-71) 包 含 壓 縮 機 組 、 膨 脹 器 、 高 壓 連 結 管 路 及 溫 度 控 制 器 (Lakeshore 331)。當間質隔離腔體真空降至 1.5 × 106 torr 以下時，啟
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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。壓縮機 啟動後約 40 分鐘，可將樣品靶由室溫降至 3.2 K。用於沉積間質樣品 的低溫樣品靶安裝在第二級置換器最末端，其材質為無氧銅表面鍍金，
而溫度則由矽二極體溫度計(silicon diode thermometer)測量，並由溫度 控制器讀取，且可視實驗需求由控制器提高溫度加熱樣品靶。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(quartz)片，以利實驗中進行紅外光譜偵測或紫外及可見光 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轉動，而將樣品靶分別轉向樣品沉積口、
紅外光譜偵測方向或是光解的方向。
3-1-3 p-H2轉換系統
p-H2 轉 換 系 統 包 含 低 溫 系 統 及 內 外 層 腔 體 。 低 溫 系 統 是 由 Advanced Research Systems (DE204A)運作，包含壓縮機組、膨脹器、
高壓連結管路及溫度控制器(Lakeshore 331)。而內層腔體連接低溫系
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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 10.0 K。利用溫度控制器可以調整實驗所需要的轉換溫度。外層真空 腔體用來隔絕熱傳導，所需之真空度利用機械式前置幫浦(Edwards RV12，抽氣速率為 237 L s1)及分子渦輪幫浦(Varian turbo-V70，抽氣 速率為 68 L s1)達成及維持系統的真空度在 4.0 × 104 torr 以下。壓力 計分別使用電容式真空計(MKS，model 223B)和熱對流式真空計 (convectron gauge，ULVAC GI-TL2)，量測範圍分別為 103–101 torr 和 1–104 torr。
3-1-4 偵測系統
於本實驗中，霍氏紅外光譜儀是以碳矽棒(globar)為紅外光源(放 射波長範圍為 200–1000 cm1)，以溴化鉀(KBr)為分光片(450–5000 cm1)，偵測器為 MCT(光區為 400–5000 cm1)，光圈選用大小為 2.5 mm 之光圈，光譜解析度設定為 0.10 cm1，移動鏡移動速度選用 1.5 cm s1， 平均掃描次數 450 次，於此條件下擷取光譜時間約為 40 分鐘。
此外，FTIR 至偵測器之間，暴露於大氣部份皆通以氮氣，以除去 光徑中大氣所含的 CO2及 H2O，降低其在紅外光區的吸收所造成的光 譜干擾。
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3-1-5 光解光源
實 驗 所 使 用 的 光 解 光 源 為 中 壓 汞 燈 (medium-pressure mercury lamp ， 200 W ， China Electric ， Model H200X) 組 合 干 涉 濾 光 片 (interference filter)。中壓汞燈的光區範圍為紫外光區至紅外光區。使 用的干涉濾光片包含：
(1) 253.7 ± 10 nm 干涉濾光片，穿透率約 20 %，起始光解時使用。
(2) 365 ± 10 nm 干涉濾光片，穿透率約 20 %，二次光解時使用。
3-2 實驗步驟
實驗步驟包含樣品製備、沉積、回火及光解等。
3-2-1 樣品製備
實驗中樣品的沉積是採用玻璃球中預先配好特定比例之主客體 混合氣體，以針閥控制適當流速，並同時和主體(p-H2)共同沉積於樣 品靶上，而獲得隔離狀態較好的光譜。
樣品的製備是先將樣品球及真空管路抽氣至壓力為 1.0 × 106 torr，
接著關閉通往幫浦的閥門，通入約 1.0 torr 的樣品氣體至樣品球中，
待壓力平衡後再通入 p-H2 氣體，稀釋至特定比例。依實驗需求設定 p-H2轉換系統之溫度為 11.5 K，在此溫度下之 H2壓力約為 15.0 torr。
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將其通入內含 1.0 torr 氣體之樣品球中稀釋二至四次可得到預混合之 樣品濃度約為 CH3I/p-H2 (1/150–720)及 SO2/p-H2 (1/170–1260)。連接 至沉積口之氣體管路及樣品的配製裝置如圖 3-1 所示，包含樣品玻璃 球、流量計(MKS，10 sccm 及 100 sccm，sccm 為 STP cm3 min1，STP 下之壓力為 760 torr 及溫度為 273 K)、針閥等。沉積條件是 p-H2流量 為 2.0 sccm，兩個氣體樣品 CH3I/p-H2和 SO2/p-H2流量分別為 0.1–0.5 和 0.05–0.5 sccm，沉積樣品間質濃度為 CH3I/p-H2 (1/1350–10800) 及 SO2/p-H2 (1/1450–1/28350)，沉積時間為二至五小時。
3-2-2 實驗步驟
啟動 p-H2 轉換系統之壓縮機降溫，外層腔體以真空幫浦維持在 4.0 × 104 torr 以下。待溫度降至 10.0 K 左右後，打開內層腔體至主低 溫系統前端之 p-H2 氣體管路閥門，再打開氫氣鋼瓶至內層腔體間的 閥門，用溫度控制器將溫度升高至 11.5 K。調整 H2 (99.9999 %，Scott Specialty Gases)鋼瓶至內層腔體間的針閥(needle valve)使轉換後的 p-H2氣體在兩組管路間流動直到壓力穩定維持在 15.0 torr 左右。此時 打開分別裝有 CH3I (99 %，Riedel-de Haen)或 SO2 (99.9 %，Matheson) 的樣品球之氣體管路閥門，樣品分別與 p-H2 在氣體管路及樣品球中 混合及稀釋至特定濃度。
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將真空系統壓力抽至 1.5 × 106 torr 以下時啟動壓縮機組開始降溫，
待樣品靶面達 3.2 K 時(約 40 分鐘)，取 450 張光區為 450–5000 cm1 之 phase 及參考(reference)光譜。光譜完成後，打開兩個預先配製完成 的 CH3I/p-H2及 SO2/p-H2樣品球開關閥及沉積管路閥門，並以針閥控 制樣品及 p-H2氣體流量(CH3I/p-H2：0.1–0.5 sccm；SO2/p-H2：0.05–0.5 sccm；p-H2：2.0 sccm)。樣品與 p-H2在沉積管路中混合後再共同沉積 於 3.2 K 靶面，經過二至五小時的沉積時間後，將靶面轉向紅外光譜 偵測方向並擷取沉積完成之光譜。其後，將靶面升溫回火至 4.2–4.9 K 並維持 30–60 分鐘以增加 CH3I∙SO2錯合物。回火時可取幾張光譜觀 察錯合物的增加，再降溫回到 3.2 K 擷取光譜。
初始光解方面，將 253.7 ± 10 nm 干涉濾光片放置於石英光窗前面，
並將靶面轉向其窗口方向，以中壓汞燈的光源光解間質樣品 1–5 小時 產生 CH3自由基，且於每個階段的照光後，將靶面轉回紅外光譜偵測 方向並擷取紅外光譜。光解完成後，將靶面升溫回火至 4.2–4.9 K 並 維持 3–40 分鐘以利自由基的擴散並增加產物的生成。回火之間可取 幾張光譜觀察產物的增加，再降溫回到 3.2 K 擷取回火後之光譜。
二次光解方面，將 365 ± 10 nm 干涉濾光片放置於石英光窗前面，
並將靶面轉向其窗口方向，以中壓汞燈的光源光解含產物的間質 30 分鐘，且於每個階段的照光後，將靶面轉回紅外光譜偵測方向並擷取
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紅外光譜。光解完成後，將靶面升溫回火至 4.2 K 並維持 25 分鐘後 再降溫回到 3.2 K 擷取回火後之光譜。
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圖 3-1 實驗裝置圖。壓力計(100 torr 及 1000 torr)用於配製適合比例的氣體樣品；針閥與流量計用於控制氣體流量。
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