摻雜不純物對相變溫度的影響

25 加，如圖2-11所示。Beteille⁽²⁸⁾提到薄膜在波長為2.5 µm時的穿透率和溫度遲滯隨 著Ti摻雜量的增加而降低，而當Ti的摻雜量大於8%時，光學性質轉變越來越平 滑，高溫相反射率則逐漸降低。

圖 2-11 VO2薄膜在玻璃上的反射係數其半導體態(實線)及金屬態(虛線) (資料來源：P. ater. Struct(2004))

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第六節 測量儀器說明 (一) 微觀結構觀察

圖 2-12 FESEM儀器 (資料來源：本研究整理)

表 面 微 觀 結 構 是 以 場 發 射 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 （Field Emission Scanning Electron Microscope，FESEM）觀察。掃描式電子顯微鏡電子槍產生電子束後，

經電子光學系統，使電子束縮小，再照射試片表面，而激發二次電子。這些二次

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電子被偵測器偵測後，再經由訊號處理放大送到 CRT，即可看到表面形貌。樣 品是以瑪腦研缽研磨成適當大小後利用碳膠帶將之固定於樣品載臺上，再經真空 乾燥與鍍鉑處理後，以SEM 觀察之。本實驗試片表面粗糙度及顆粒型態並輔以 AFM(Atomic force microscopy)觀察之。

(二) 結晶相鑑定

圖 2-13 XRD儀器 (資料來源：本研究整理)

粉末的結晶相鑑定是以X光繞射分析儀(X-ray diffraction，XRD)測得，見圖 2-13。其儀器所使用的X光源為Cu靶，輸出功率為40Kv，100mA，入射角為2°，

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掃描速度為10°/min，掃描範圍為15°~70°，所得結晶相是以JCPDS比對鑑定。

由布拉格繞射定理（Bragg Law）： 2dsinθ= nλ (見圖2-14)

圖 2-14 X 光繞射原理

(資料來源：Materials Research Bulletin, 29(5), 509-515 (1994))

可知產生繞射的先決條件為：2d，亦即入射光波長必須小於晶面間

距。由於x-ray的波長約為1Å左右，因此適合於晶體結構的分析。此種掃描方法 所得到的繞射峰，對應的晶面一定是平行於樣品表面(見圖2-15)。對於粉末或是 多晶薄膜的樣品而言，由於各種晶面都是隨意分佈，因此總是可以在某些區域找 到某些晶面正好是平行於樣品表面的情況，所以我們可以得到在繞射儀角度限制 內各個晶面所對應的繞射峰。但對於單晶塊材或是磊晶薄膜而言，此掃描方法只 能得到某一族晶面(平行樣品表面的晶面)的繞射峰。

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圖 2-15 X 光繞射原理示意圖

(資料來源：Jpn. J. Appl. Phys., 35, 438-440 (1996))

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(三) 熱差/質差分析

圖 2-16 DSC儀器 (資料來源：本研究整理)

熱分析儀（Differential Scanning Calorimeter ，DSC）是一種可用以檢測材料 相轉換的有利工具，主要是利用比較樣品盤和空白盤之間熱的吸收量來進行分 析。樣品盤和空白盤分別置於兩個獨立但相似的電加熱爐中，兩個爐子不論何時 都必須保持相同的溫度。假如樣品產生變化，將會伴隨著吸收或放出熱量，因此 兩邊的爐子溫度就不一樣，電腦就依照狀況增加或減少輸入的電熱功率

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（Heat flow dq/dt）使兩邊維持等溫，再依照功率的差值對溫度作圖。

圖 2-17 TGA儀器 (資料來源：本研究整理)

而質差分析就是將95℃烘箱中乾燥後之VO2，於瑪腦研缽中進行研磨成為 VO2乾燥粉末。乾燥粉末隨溫度上升所伴隨的吸放熱及重量損失現象是採用熱重 分析儀(Thermogravimetry Analysis，TGA)於空氣中以5℃/min的升溫條件加熱至 700℃而得。將乾燥後的粉末取樣10mg，通以特級空氣，並以5℃/min的升溫速 率進行，掃描之結果來瞭解分析粉末產生吸放熱之溫度變化，並利用TGA可推算 樣品之重量損失程度。

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(四) 可見光透光度量測

圖 2-18 UV-vis儀器 (資料來源：本研究整理)

利用紫外光-可見光光譜分析儀(Ultraviolet and Visible spectroscopy，UV-vis) 進行分析，並配合各溶質組成之最終結構，來瞭解結構改變對能階間隙之影響。

紫外光-可見光光譜儀採用分光鏡雙光束(double beam)設計，原理為將入射光源 以分光鏡分為兩束光，在基準線(baseline)校正時，一束光線穿過參考樣品(如玻 璃基板或特定溶劑等)，另一束光線穿過相同樣品於量測位置進行校正，再將待 測試片置入量測位置，經偵測器量測後比較光線之穿透相對量，即可得到薄膜之 穿透率。

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(五) 紅外光穿透率量測

圖 2-19 FT-IR儀器 (資料來源：本研究整理)

將熱處理後製得之粉末，與溴化鉀晶體粉末以1:100之重量比均勻混合，分 別進行紅外線光譜儀分析(Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FT-IR)，藉由 測試結果之IR曲線圖來瞭解鍵結型態之差異。

(七) 拉曼(Raman)散射光譜分析

拉曼散射光譜(Raman Spectroscopy)是量測材料的鍵結狀態非常普遍的方 法，拉曼光譜儀更是光學界不可或缺的重要量測儀器。Raman光譜的工作原理 為：當一平行光穿透一透明介質時，物質會散射部分光束。1928年印度物理學家 C. V. Raman發現：被特定分子所散射的小部分的輻射的波長與入射光束不同，

而且其波長位移與散射分子的化學結構有關。

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(八) 穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscope, TEM）

並不是以電子打在物體的表面上來顯示其高低起伏的狀況，而是以電子射穿 物體，顯示其內部狀態。

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5. 將前驅物利用熱重分析儀（Thermal Gravimetric Analysis，TGA）來分析其熱重損 失，以決定出最佳燒結溫度。

6. 放置於通CO2(g)的高溫爐燒結700 ℃維持4 hr。

7. 燒結後測試XRD、IR、DSC、TGA及SEM。

註：製備W-VO2前驅物

在150 ml NH4HCO3水 溶 液 加 入150 ml VOSO4水 溶 液 之 前 ， 先 加 入 Na2O4W‧H2O水溶液，分別在前驅物摻雜1wt%W和2wt%W，其餘步驟接相同。

檢測儀器:

經由二氧化釩前驅物在700°C下，通入以還原性氣體二氧化碳（CO2）為載 氣燒結4個小時，即可得到VO2粉末。利用掃瞄式電子顯微鏡（Scanning electron microscope ， SEM ）、 X 光 散 射 儀 （ X-ray diffraction ）、 熱 示 差 掃 瞄 卡 量 計

（Differential Scanning Calorimeter ，DSC）、傅立葉轉換紅外線光譜分析（Fourier Transform Infrared Spectroscopy ， FTIR ）、 X 光 表 面 元 素 分 析 儀 （ X -Ray Photoelectron Spectroscopy，XPS）來分析二氧化釩前驅物的顆粒、結構、