四、 結果與討論
4.1 管狀介面電性分析
進行導電原子力顯微鏡量測過程中，藉由外加電壓而可同時獲 得BCFO/SRO/STO(001)表面形貌與電流分布。其表面形貌如圖 20(a) 所示，因 BFO 與 CFO 相比其表面能與 STO 更相近，故 CFO 以奈米 柱形式鑲嵌於 BFO 基底中。於掃描過程中，同時外加電壓(Sample Bias)並透過導電探針即時取得電流訊號並形成電流分布圖，如圖 20(b)所示，外加 0.05V 時，於 CFO 奈米柱與 BFO 基底兩者所形成之 介面處可量測到電流訊號，而CFO 奈米柱與 BFO 基底則並無量測到 電流訊號。
圖 20 (a)為 BCFO/SRO/STO(001)之表面形貌(b)為電流分布圖。
(a)
(b)33
於一系列不同外加電壓的量測，從電流分布圖中取一 CFO 奈米 柱比較其導電區域與表面形貌之關係。圖 21(a)~(e)不同外加電壓下 之電流分布圖，沿圖中綠線所示擷取此切線上電流分布資訊，並與 相對應之CFO 奈米柱區域擷取高度分布比較，如圖 21(f)所示，電流 強度隨外加電壓增加而增加且其導電區域位於BFO-CFO 介面，相反 地，在此外加電壓範圍，探針於 BFO 基底並無量測到任何電流訊號 而CFO 奈米柱則於電壓大於 0.4V 時，產生微小電流。
圖 21 (a)~(e)為不同電壓下所取得之電流分布圖，圖中所示數值為外 加電壓值。(f)在同一切面下所擷取之表面形貌與電流曲線比較圖。
(a) (b) (c) (d) (e)
(f)
從BFO 基底至 CFO 奈米柱的一系列 I-V 曲線量測則可觀察不同 位置之導電性的動態變化。I-V 曲線的符號相對應與圖 22 中 AFM 圖 的符號所標示位置。由I-V 曲線可發現，相對於 BFO 基底和 CFO 奈 米柱在-1~3V 並無量測到電流訊號，當導電探針移動至介面處時，
外加小電壓即產生電流訊號而一旦探針離開介面即無法量測電流訊 號。
圖 22 動態 I-V 曲線量測
為了解 BCFO 介面導電現象之機制，我們利用 Escope 系統進行 變溫 I-V 曲線量測，其結果如圖 23 所示。可發現在相同外加電壓下，
BCFO 的介面電流是隨著溫度上升而增加，顯示其具有半導體特性。
在 2.3 氧化物載子傳輸機制介紹中，由於直接穿隧與福勒-諾德漢穿 隧兩機制所產生之電流與溫度無相依性，因此由變溫 I-V 曲線量測
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可 排 除 直 接 穿 隧 與 福 勒 - 諾 德 漢 穿 隧 兩 機 制 ， 而 於 先 前 對 Pb(Zr0.2Ti0.8)O3 薄膜之疇域壁導電分析即使用此方式排除與溫度 無關之穿隧機制[38]。
圖 23 變溫 I-V 曲線量測
於變溫 I-V 曲線中，由溫度倒數(1 𝑇⁄ )對電流之對數(ln I)作圖並 利用阿瑞尼亞士方程式可求得其斜率，即可知其活化能，如圖 24 所 示，可發現活化能隨外加電壓增加而下降，其值平均約為 0.22eV，
此即為產生自由載子所需的能量。
圖 24 活化能擬和曲線
此外，由 2.3.3 普爾-法蘭克發射機制與 2.3.4 蕭基發射機制介紹 中，可發現兩機制極為相似，皆對溫度有相依性。因此，由兩機制 擬合得到斜率，其斜率表示材料之介電常數，可用以區分兩機制[38]。 經擬合，可發現由蕭基發射機制擬合後所得之斜率為 3.0±0.8，此數 值較符合氧化物材料[39]，故可排除普爾-法蘭克發射機制。
空間電荷限制電流與蕭機發射擬合變溫 I-V 曲線之結果如圖 25 所示，可發現當電壓小於 1.5V 時，介面導電機制主要為空間電荷限 制，而當電壓大於 1.5V 時，介面導電機制則由空間電荷限制轉為蕭 基發射。空間電荷限制機制之來源可能是由於電荷在BFO-CFO 介面 上的不連續且於其他鐵電材料研究中也發現在小電壓範圍，主要傳 輸機制為空間電荷限制[39,40]。
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圖 25 空間電荷限制電流與蕭基發射擬合曲線