第 3 章 表面電漿共振增強光觸媒機制探討
4.3 樣品分析與量測方法
4.3.1 掃描式電子顯微鏡原理與簡介
在樣品表面形貌的探測上，為了能夠探測奈米等級結構的樣貌，使用掃描式 電子顯微鏡（Scanning electron microscope），在本工作中使用的掃描式電子顯微鏡 為中央研究院物理所核心奈米設施的雙槍聚焦粒子束及掃瞄式電子顯微鏡系統 Dual Beam Focused Ion Beam（DBFIB）& Scanning electron microscope（SEM）
System，型號為 FEI NOVA-600；以及中央研究院應用科學研究中心的 Focused Ion Beam 機台所附設的掃描式電子顯微鏡，型號為 Helios NanoLab 660。
根據 Abbe’s law{林智仁, 1991 #1070}
𝑑 =Wavelength 2𝑛 sin 𝜃
圖 4.5 位在中研院物理所的雙槍聚焦離子束及掃瞄式電子顯微鏡系統。{中研院物 理所, #1071}
4.3.2 原子力顯微鏡原理與簡介
原子力顯微鏡乃是利用雷射光照射在微小針懸臂上方，並使用懸臂下方的針 尖端對樣品表面進行掃描的動作，該探測方式是使用針與樣品表面間的作用力，
包括凡得瓦力、化學鍵、毛細力、靜電力，對微小針造成的作用力使得懸臂下移，
並由反射的雷射光來探測微小針位移以得到表面高低差及相位差的資訊，原子力 主要分為接觸式和點拍式兩種探測方法，分別是指針在掃過樣品表面時的方式是 緊貼樣品表面摩擦過去或是上下擺動針懸臂一點一點掃過去的差別。而樣品並不 像掃描式電子顯微鏡一樣有必須導電的限制，又可以做到 z 軸奈米等級的精細度，
補足了掃描式電子顯微鏡的不足。原子力顯微鏡是目前常見在探測 z 軸高低差精 準度最高的儀器之一，不似掃描式電子顯微鏡若不由側切面影像無法得知確切的 高度，原子力顯微鏡可以提供樣品表面形貌及高度的準確數值，在樣品形貌探測 上提供了很大的優勢。
圖 4.6 原子力顯微鏡照片。為 Asylum Research 公司所出產。
圖 4.7 原子力顯微鏡架構圖。由雷射反射光來感知樣品高低差，並且由壓電材料
界資訊。另外原子力顯微鏡若配備適當的導電式針載台，則可以對樣品表面進行 加電壓掃描的功用，可以探測樣品的導電性也可以應用於量測半導體功函數。
圖 4.8 以原子力顯微鏡量測原子級平整奈米結構上的單分子層吸附情況，上方樣 品為未完全吸附的狀態，相位圖呈現出不規則樣貌，而下方為完全吸附狀態，相
位圖均勻。{van Schrojenstein Lantman, 2012 #974}
4.3.3 穿透反射光譜儀原理與簡介
穿 透 反 射 光 譜 儀 的 量 測 是 在 實 驗 室 架 設 的 光 路 系 統 進 行 ， 反 射 光 源 是 ENERGETIQ 的 LDLS 系列雷射驅動光源，穿透光源則是 OLYMPUS 公司在顯微 鏡上方配備的光源 Olympus Lamp 12V 100WHAL─L，為了量測顯微光譜，全部的 測量都是在 OLYMPUS 公司的 IX70 顯微鏡進行。
圖 4.9 穿透反射光譜儀使用的顯微鏡系統，為 OLYMPUS 公司的 IX70 顯微鏡。
4.3.4 Comsol 模擬軟體簡介
Comsol 是常用在解決多重物理現象耦合問題的一套基於有限元素法（Finite Element Modeling, FEM）設計出的輔助分析軟體，專門用來解決以偏微分方程式 描述的熱學、質傳、電磁、電化學等問題，其早期的名稱為 FEMLAB 意指以有限 元素法分析各種情況的實驗室分析工具，而後改名為 COMSOL。
圖 4.11 COMSOL 目前發展出可解的各種物理、工程模組列表。{COMSOL,
#1073}
COMSOL 可應用的範圍廣泛，除了本論文使用的電磁 RF 模組以外，在化工、
機械上也常被用做一個良好的預測工具，以幫助結構設計及改良。據筆者所知，
台灣目前大學工學院系所也開始引入教學 COMSOL 的課程，補足了傳統用來模擬 工業流程的軟體在微奈米尺度不足的部分，使得未來的工程師能夠掌握更精確預 測工程的工具。