4-1 拉曼光譜量測分析
雖然經過 X 光繞射技術分析其晶體結構屬性，但透過共焦顯微系 統量測拉曼光譜，可觀察晶格上細微的聲子震動模式。我以氧化鋅奈 米線作為對照組，摻鈷氧化鋅 CoxZn(1-x)O(x=0.002)為實驗組，進行拉 曼光譜量測，得到結果見圖 4.1。由圖中可看出以此水熱法製作出的 氧化鋅奈米線，有幾個較明顯的拉曼譜線，實驗組與對照組的譜線都 顯現出相同的聲子震動方式，見圖表 4.2。且都可對應到文獻上的譜 線與震動模式，特別是在 A1模式的 331 cm-1，橫向光學聲子之 A1模式 的 383 cm-1，橫向光學聲子之 E1模式的 410 cm-1，E2模式的 437 cm-1， 這些震動模式在既有的塊材、奈米線、奈米管文獻上都得到證實，甚 至不同的製作方法也具有相同的模式【4.1～4.4,4.8】。實驗結果證 實摻鈷氧化鋅與氧化鋅奈米線中，具有相當好的晶格週期排列。透過 光激螢光光譜與拉曼光譜量測，可交互印證鈷離子是取代鋅離子的位 置。
4-2 光激螢光量測分析
在光激螢光光譜的量測上，我先利用共焦顯微量測系統於室溫 量測，採用的雷射波長是488 nm，功率穩定在50 mW，量測摻鈷氧化 鋅在各種濃度下的光激螢光光譜，量測到可見光區的發光峰頂在685 nm，見圖4.3。圖中X％為第三章描述的硝酸鈷濃度，90％經耦合電漿 質譜分析儀測出的摻雜濃度為CoxZn(1-x)O(x=0.002)，在此摻雜濃度以 下尚有微弱發光，超過此濃度的樣品，包括CoxZn(1-x)O(x=0.005)，則 沒有光激螢光的輻射，在樣品摻雜濃度超過molar ratio x=0.002時，
其型態上有明顯變化，趨近於方形而非線狀，會在長度上產生量子束 縛影響光性。在CoxZn(1-x)O(x=0.002)濃度下整體光性最強，甚至685 nm 的發光呈現傾斜的趨勢，推估乃因氧化鋅摻雜後的缺陷造成短波長 500 nm發光，見圖4.4，其發光較685 nm強許多，傾斜是500 nm尾巴 的影響。後來因中原大學物理所沈志霖老師實驗室有短波長266 nm 與396 nm雷射光源，功率在2.7 mW與0.8 mW，圖4.4乃使用其儀器於 300K量測的光激螢光光譜圖。在量測低溫光激螢光時，實驗現場肉眼 便可觀察到紅光，其紅光乃源自於659 nm附近的發光。【4.5～4.7】
數據分析上，為了消除500 nm造成的訊號傾斜，我用指數衰減 方程式模擬，再消除背景影響，見下式：
( / )
（Ligand field）中的d-d電子躍遷（d-d transition）。原始氧化鋅 屬纖維鋅礦結構，其空間群為P63mc=C46v，當鈷摻雜進氧化鋅取代部分 鋅離子後，空間群成為C3v，也形成4T1（P）、2T1(G)、2E（G）的能階，
而4T1（P）能階分裂源自於氧化鋅中鈷離子3d軌域的七個電子，其電 子波函數受Hamiltonian
H
0 =H
Cb +H
cf (T
d)+H
cf (C
3v)+H
so作用，受庫倫 力、晶格場、與自旋軌道交互作用產生能階分裂，如圖4.7【4.9】。其能量吸收的過程疊合（superposition），會從以下三個去選擇：4A2
（F）→2E（G），4A2（F）→4T1（P），和4A2（F）→2T1(G)，遂我量測到 的光激螢光乃是4T1（P）、2T1(G)、2E（G）躍遷至基態的4A2（F）。其中
的四個光激螢光來自於4T1（P）躍遷，另兩個來自2T1(G)、2E（G）躍
品CoxZn(1-x)O(x=0.002)，未外加磁場時如圖4.8，其光激螢光光譜中心
依波長由低至高為：658.5、664、670、678、684、692 nm，其位置 較10 K的光譜短約1 nm。圖中的許多光激螢光強度都較圖4.5來得弱，
但其光激螢光半高寬（FWHM）是相同的，以最強的光激螢光為例，在 1.5K 時的658.5 nm與10 K時的659 nm，半高寬都約1.5 nm。由於透 過PMT配合鎖相放大器偵測，將雜訊干擾降至最低，而感測僅能做平 均的功能，無法像CCD有積分的能力。
磁光的量測，是在在1.5 K溫度下每0.2 Tesla變化，從0 Tesla
磁場強度增加至14 Tesla，然後以同樣間距降場至0 Tesla。結果見
子有效質量為： 得知摻鈷氧化鋅奈米線之相對介電常數（Dielectric Constant）εr 可求得激子半徑，其關係如下：
圖 4.1：氧化鋅與摻鈷氧化鋅奈米線拉曼光譜。
圖 4.3：隨濃度變化之 685 nm 光激螢光光譜。
圖 4.4：10 K 下由於氧化鋅缺陷造成峰頂 500 nm 之光譜圖。
圖 4.5：溫度 10K 時氧
CoxZn(1-x)O(x=0.002)樣品之光激螢光光譜。
圖表 4.6：變溫量測之光激螢光光譜。
圖 4.7：
樣品的配對場晶格產生之各項能階分裂。
圖 4.8：
CoxZn(1-x)O(x=0.002)在 1.5 K 下測得之 PL 圖。
圖 4.9：升磁場下之磁光光譜。
圖 4.10：降磁場下之磁光光譜。
圖 4.11：外加磁場下 PL658.5 nm 之能量位移。
圖 4.12：外加磁場下 PL678 nm 之能量位移。
圖 4.13：隨磁場增加 PL664 nm 產生微弱之反磁位移。
圖 4.14：磁場下降時 PL664 nm 之反磁位移圖。
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