利用脈衝雷射沉積法製備摻雜鏑的氧化鋅薄膜，鏑的原子莫耳濃度介於 1~10%之間，在改變鍍膜氧氣壓力階段，XRD 結果顯是樣品依舊維持氧化鋅的 晶體結構，某些摻雜濃度半高寬，在低氧壓條件下會變寬，粒徑大小降低，表示 結晶品質變差。而 PL 光譜發光機制，同一個摻雜濃度下幾乎相同，不受鍍膜氧 壓條件影響。
在固定氧氣壓力 3×10-1mbar 與厚度(150nm)的鍍膜條件下，鍍膜速率隨著摻 雜濃度增加而增加。退火處理樣品有助於降低氧化鋅摻雜鏑離子的薄膜表面的粗 糙度。XPS 證實 PLD 鍍膜方式，的確能有效維持靶材比例沉積於基板上。XRD 結果證明沒有雜質態產生。拉曼散射光譜只出現微弱氧化鋅訊號，可能是薄膜的 厚度太薄。純氧化鋅 PL 光譜只有本質激發，缺陷發光是 Dy3+摻雜造成，多為鋅 錯位及鋅間隙。有摻雜 Dy3+的薄膜在室溫皆具有鐵磁性，低溫(5K)則為順磁性。
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參考文獻
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附錄
氧化鋅摻雜不同濃度鏑元素光致螢光 PL 分析
在同一個摻雜濃度下，不同氧壓的鍍膜條件所得到的 PL 圖形結果都相當接 近，如圖只有發光強弱不同，相較於純 ZnO，有摻雜 Dy3+離子的樣品發光區域，
皆往較大波長範圍移動，代表次能帶躍遷，我們將更進一步分析此發光是由哪些 物理因素所構成。
圖 Zn1-xDyxO 變氧壓 PL 光譜圖(a)x=0.01 (b)x=0.03 (c)x=0.05 (d)x=0.10
我們先固定氧壓(PO2=3×10-1mbar)，利用 Origin 軟體分析不同摻雜濃度的次 能帶躍遷。結果發現 NBE 的組成大致上是由紫外發光(UV emission)、鋅空缺發
(a) (b)
(c) (d)
59
光(VZn emission)和鋅間隙發光(Zni emission)，其中紫外發光最為明顯，再不同摻 雜濃度中均可見其發光。
圖 Zn1-xDyxO，氧壓條件為 3×10-1mbar 樣品 PL 光譜圖，利用 Lorentz Fitting 進 行分析(a)x=0.01 (b)x=0.03 (c)x=0.05 (d)x=0.10
氧化鋅摻雜不同濃度鏑元素薄膜結構 XRD 分析
從下圖我們可以發現，(002)繞射峰值與純氧化鋅薄膜比較，角度位置都相當 接近，大致上鍍膜環境氧壓越低其峰值角度越小，換算而得到 c 方向晶格常數愈 大，當氧壓小於或等於 8×10-3 mbar 時，半高寬突然增大，代表粒徑大小降低，
晶面上出現更多團狀結構，結晶品質下降。
(a) (b)
(c) (d)
60
peak position
圖 Zn1-xDyxO(x=0.01) 薄膜 X 光繞射圖
61
16 17 18 19 20 21 22
Zn1-xDyxO(x=0.03)
pure ZnO(002) peak position
int ens it y (a.u .)
62
16 17 18 19 20 21 22
pure ZnO(002) peak position
Zn1-xDyxO(x=0.05)
intensity (a. u.)
(deg)
PO2(mbar) 5E-1 3E-1 1E-1 8E-2 5E-2 3E-2 8E-3 5E-3
圖 Zn1-xDyxO(x=0.05) 薄膜 X 光繞射圖
然而鏑的離子半徑(0.091nm)較鋅(0.074 nm)的離子半徑大，所以晶格常數減
小代表 Dy 和 Zn 的取代並非是一比一，而是
3Zn2+→2Dy3++VZn
這表示 2 個鏑取代 3 個鋅造成一個鋅空缺的產生，正因為產生了鋅空缺，所 以 c 軸常數減小。ZnO(002)半高寬也隨著鏑濃度增加而變大，代表結晶品質下降，
也可歸因於鋅空缺增加的關係。