3-1 實驗流程
實驗主要分為三個部份，第一部份為製備具有奈米孔洞的陽極氧化鋁(AAO)模板來取代 一般使用的玻璃基板與藍寶石基板。利用不同的陽極處理條件來改變陽極氧化鋁模板成長 的實驗，並透過原子力顯微鏡(atomic force microscope，AFM)、與掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope，SEM)等儀器做分析工具，為材料分析與表面檢測之用。
第二部份為使用陽極氧化鋁基板(AAO)與藍寶石基板，作為熱蒸鍍鋅模的基板再利用熱處理
3-3 氧化鋅薄膜製作實驗
體關閉並鎖緊，啟動機械幫浦(Mechanical Pump, M.P.)，進行腔體粗抽，開啟派藍尼真空 計(Pirani Vacuum Gauge, P.G.)觀察其真空度，抽至1×10-1 torr，油擴散幫浦(Diffusion Pump, D.P.) 開始加熱，加熱功率穩定約至280W 時，開啟主要閥門(Main Valve,M.V.)，以油擴散幫浦抽腔體真空，抽至4×10-3torr以下，我們可用離子化真空計(Ionization Vacuum Guage, I.G.)觀察腔體真空度，抽至1×10-4torr 後，開啟電源，準備蒸鍍，以65A 電 流加熱鎢舟，鍍二分鐘後結束蒸鍍。熱蒸鍍(thermal evaporation)製程參數如表3-3-1所 示。
已接近鋅的沸點，部份鋅原子可能來不及與氧反應成氧化鋅前就氣化了。
圖3-3-1為實驗室高溫爐管的示意圖，主體為一高溫管型爐，在爐管中放置石英管，石 英管兩端用不銹鋼封套O-ring做真空密封。左側有外接一真空壓力計及出口處連接一台機 械真空幫浦，腔體的氣體由此幫浦抽掉，而石英管外測有連接一條thermal couple至加熱 器，可觀測爐管內的溫度。從文獻[40]中我們決定溫度設定在600℃為熱反應溫度，反應時 間固定均為一小時，先將欲進行熱處理之樣品，放置於晶舟中，再將晶舟小心置入水平爐 管，開啟機械幫浦(Mechanical Pump, M.P.)進行抽氣，設定欲熱處理之溫度，本實驗我們 設定為600℃，氣壓約為一大氣壓，加熱至設定溫度穩定，確定溫度穩定後我們才將晶舟緩 速推進爐管中央，加熱一個小時後結束熱處理製程。
3-4 量測儀器介紹
3-4-1 掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)
電子顯微鏡(Electron Microscope, EM)，簡稱電境。一般是使用電磁場偏折、聚焦電 子以及電子與物質作用產生散射之原理來研究物質構造與微細樣品的精密儀器。電鏡主要 可分為掃描式電子顯微鏡(SEM)與穿透式電子顯微鏡(TEM)兩類。隨著科技發展，以及結合X 光能量分散光譜儀(Energy Dispersive Spectroscope, EDS)，電鏡的使用就更加廣泛，可 用來鑑定晶體結構、顯微結構與化學成分。
本論文中所使用的SEM為HITACHI S-4300N冷場形發射，掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope)，圖3-4-1為本校的SEM機台。SEM的工作原理[41]，是由電子槍外加 偏壓產生電子束後，經過高壓加速通過電磁透鏡組(condenser lens)、掃描線圈與屏蔽孔 徑，聚焦在樣品表面。當電子束與樣品表面產生作用後，會激發出各種訊號，包括二次電
3-4-2 能量散射分析儀(Energy Dispersive Spectrometers，EDS)
學校的掃瞄式電子顯微鏡有外接一X光能量散射分析儀(Energy Dispersive
Spectrometers, EDS)，藉由偵測樣品表面積發之特性X光，來做材料元素的成份分析。其 工作原理是讓樣品發出特性X光，利用擴散鋰原子的矽晶偵測器來偵測，由於偵測器操作在 低溫下，所以使用前必須檢查液態氮是否足夠，免得造成操作上數據誤判或偵測器的損壞 接收。當電子束激發出來的X光進入偵測器引發電子電洞對，在轉換成電流，以偵測X光的 能量大小。訊號再經由放大與分析其所對應的元素。圖3-4-2為學校的SEM機台結合EDS儀器 圖。
3-4-3 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)
原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)是由 Binning、Quate 及 Gerber 於 1986 年所提出[42]。其在科學應用上已廣為應用於奈米尺度的顯微分析，對奈米科技有直 接的助益。原子力顯微鏡屬於掃描探針顯微技術(Scanning Probe Microscopy，SPM)的一 種，具有原子級解像能力，不僅僅可應用於材料表面的檢測，並能在真空、氣體或液體環 稱輕敲式，intermittent contactor tapping)，乃是介於接觸式與非接觸式之間。掃描時 探針以高頻在Z方向振動，且在每一週期的振動底部和樣品觸碰一次，因此有了接觸式模式 的精確度，而又不會因為過大的作用力而損壞表面 [43]。由於原子力顯微鏡具有原子級的
解析度且對於樣品掃描時，會將樣品每點的高低值紀錄起來，因此在獲得初步掃描圖形後，
可以利用分析軟體對資料分析，來獲得表面粗糙度等數據，是各種薄膜粗糙度檢測，及微 觀表面結構研究的重要工具。
3-4-4 光致螢光譜(photoluminescence，PL)
當一個物體受到光、熱或化學作用的激發後，發射出沒有熱的光，這一現象通常稱〝發 光〞。當一個物體受到激發後，物體中的電子達激發態。當它回復到原有的狀態時，多餘 的能量就以光的形式輻射出來。 在各種發光中，用光激發的稱為〝光致發光〞。這就是說 當一個物體吸收了紫外光或者短波光的能量，它能發射出比原來吸收的波長更長的光的特 性，這種現象稱為〝螢光〞或〝磷光〞，每一種物質都有它特定的螢光光譜。圖3-4-4 為 光致螢光譜(PL)測量系統裝置示意圖。
在工業界上有許多的非破壞性檢測法，目的基於在不破壞樣品的原則下，對樣品的物 理或化學特性進行研究，而PL是一種運用雷射光打在待測樣品上，使之發出螢光的一種非 破壞性檢測技術。半導體材料的能階大小介於導體與絕緣體之間，理論上在0K的溫度下，
所有電子都是位在價電帶上，若將一能量高於能階的光打向樣品，使得原本在價帶的電子，
有機會躍遷到更高能階；因此，在原本的價帶便留下一個電洞，而形成電子-電洞對。這個 電子-電洞對，如果以輻射耦合的方式結合，就可以釋放出一個光子，此發出的光就是光激 螢光。光激螢光是研究半導體材料時常被使用的非破壞性量測技術，除了可以從其中了解 到材料的能隙大小外，更可藉著不同形式的光激螢光量測方法進一步研究出樣品許多特性 (如活化能~載子生命期~樣品結構等等)。
表 3-3-1 熱蒸鍍(thermal evaporation)製程參數 真空抽氣系統 Rotary Pump、Diffusion Pump
製程真空度 Below 1×10-4Torr
蒸鍍源 Zn塊材, Pure 99.9999%
蒸鍍電流 65A
蒸鍍時間 2mins
蒸鍍膜厚 ~1um
圖 3-1-1 圓形鋁電極之 MSM 光導偵測器元件結構示意圖，(a)側面圖，(b)俯看圖。
圖 3-2-1 陽極氧化處理實驗裝置示意圖
圖 3-3-1 為實驗室高溫爐管的示意圖，主體為一高溫管型爐，在爐管中放置石英管，石英 管兩端用不銹鋼封套 O-ring 做真空密封。
圖 3-4-1 本校 SEM 機台 HITACHI S-4300N
圖 3-4-2 本校 SEM 結合 EDS 的機台
圖 3-4-3 原子力顯微鏡示意圖
圖 3-4-4 光致螢光譜(PL)測量裝置示意圖