Chapter 4 實驗結果與討論
4.6 GaSe 綜合討論與能帶圖
4.6.3 能帶圖
由 PL 光譜與 KFM 分析結果可知道 GaSe 能隙與功函數的變化，
再搭配 VBM 數據可以推測出 GaSe 能帶圖的變化，其結果如圖 4-12 所示。能帶結構推論如下：
(a) 當 GaSe 厚度約為 100 nm 時，因為奈米尺寸效應使其電子軌域 填充密度變低，使能隙漸漸被打開。但此時的 VBM 還沒有明 顯變化，因此可視為導電帶的能階上升造成費米能階上升，因 此功函數的表現出現由大變小的情況。
(b) 當 GaSe 厚度低於 100 nm 時，GaSe 能隙因奈米尺寸效應持續變 大，此時由於內部電子束縛能也變小，所造成價帶的能量下降，
其功函數隨著厚度降低而變大。
40
E v
E f
E c
vacuum
X
E g
VBM ɸ
bulk GaSe
E ion
E
vE
fE
cvacuum
X
E
gVBM ɸ
>100nm GaSe film
E
ion41
圖 4-12 GaSe 薄膜能帶結構變化圖
E v
E f
E c
vacuum
X
E g
VBM ɸ
<100 nm GaSe film
E ion
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Ch5 結論
本論文針對 GaSe 薄膜所做的光學特性與電性的探討並利用理論計算 做了一定程度的驗證，除了發現各種量測結果：拉曼光譜、PL 光譜、XPS 與 KFM 在厚度到達 100nm 附近發生變化，我們將量測結果做綜合分析與 討論，並提出可能的能帶變化與電子結構變化。
針對本實驗室與交大謝文峰老師實驗室之前曾經使用 PLD 讓 GaSe 晶 體作為靶材在基板上成長出 GaSe 薄膜，作為凡德瓦力生長法來克服三維 材料間的晶格不匹配，其結果在拉曼光譜的表現上竟與本論文的趨勢符合，
而先前的解釋上是以基板效應作為結論，但是經過與本實驗結果的對照比 較後發現：由機械剝離法做成的 GaSe 薄膜基本上沒有基板效應，卻在拉 曼表現出相似的結果，我們推論這個拉曼變化的趨勢可能不是來自於基板 效應，而是材料本身在 100nm 厚度附近可能有結構上的變化，對照利用 PLD 薄膜量測 XRD 的結果發現，(0,0,4)的峰值在 150nm 厚度出現變化，我們懷 疑這個厚度附近 GaSe 薄膜的晶格可能發生改變，才會造成 PLD 與機械剝 離法有相同的現象產生。但是由於機械剝離法所得到的 GaSe 薄膜在品質 上佳卻尺寸較小不易進行更進一步的量測，未來可能需要突破量測限制的 方式有待尋找，GaSe 是一個具有強烈非線性光學特性的材料，交大潘犀零 老師利用 GaSe 晶體做出 THz pulse generation，我們相信 GaSe 薄膜的光電 特性使得薄膜會比晶體 GaSe 更具有開發潛力。
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