3-1：X-Ray 繞射儀(XRD)
單晶繞射分析儀的構造大致上可分為 X 光光源、電源產生器、測向旋轉裝 時，會呈現加乘效應，即符合布拉格公式（Bragg's law）的關係；
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圖 3-1-1 布拉格繞射示意圖
其中，d 為鄰近平行結晶面（hkl）兩平行面間的距離，θ 為入射光與平面 的夾角，λ 為 X 光源的波長，n 為任意整數。圖 3-2-1 是一個單晶繞射的示意簡 圖。當光程差是 λ 的整數倍時，呈現加成效應；而若光程差非 λ 之整數倍時，
視為削減效應。由此，可預期繞射峰另在特定的 θ 產生。為滿足 Bragg 繞射公 式，必須滿足下列兩個條件。第一、入射光、繞射光與晶體平行面之法線這三個 向量需在同一平面。第二、欲測面的法線平分入射光與繞射光的夾角。而不同的 晶體結構晶面間距 dhkl 會有所差異，因此會有不同組合之繞射角{2θhkl}，藉 由 θ-2θ 掃描，可以得到晶體的晶格常數，並可進一步做應力的分析。本實驗 所使用的量測方式為 ω-掃描，亦稱為搖擺曲線(Rocking Curve)，其量測方式 示意圖如圖 3-2-2 所示。藉由此方式之量測，可以由半高寬決定晶體的品質。
圖 3-1-2 搖擺曲線(Rocking Curve)量測方法示意圖
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3-2：掃描式電子顯微鏡 (SEM)
本研究由於特別對蝕刻後的氮化鎵基板進行研究，大量了使用掃描式電子顯 微鏡，清楚的紀錄下不同蝕刻條件下的蝕刻結果，SEM 的發明為許多研究提供了 尺度極為微小的影像，是一種相當重要的分析工具。
電子顯微鏡的試片製備容易，影像解析器度極高，放大倍率可輕易達到 10000x 以上(而傳統的光學顯微鏡的最高放大倍率只有1500X 左右)，並具有景 深長的特點，可以清晰的觀察起伏程度較大的物體，如樣品的剖面結構。
首先將欲觀察的物品經過丙銅、IPA 以超音波震盪器各震盪5 分鐘，並以 氮氣槍吹洗樣品以清除表面的微小粒子，且鍍上導電性原子（通常是鉑Pt），使 之能吸引電子束。電子束會與標本的電子雲交互作用，釋出低能量電子。這些低 能量電子隨即受帶電的二次電子偵測器所吸引，而進入偵測器中；這樣的過程每 秒數以百萬次計，每一次的記錄即對應到該物品表面上的一個畫素。串級倍增器 會將電子放大，電腦則將之判讀為電流。另外， 移動透鏡下方的背向散射偵測 器，可辨認標本的組成元素。當電子束通過孔隙並穿透標本時，電子的路徑會因 樣本自身原子核種類的不同而 產生程度不等的偏折，其中一部份會撞及偵測器 背面，產生可資識別的訊號。
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圖 3-2-1 電子顯微鏡構造圖
電腦將表面掃描所產生的各種訊號，逐點轉換成陰極射線管中對應的影 像。標本表面的高點在螢幕上呈現白色，低點則呈深色。如果表面上的點朝向偵 測器傾斜，則看起來稍亮；如果傾斜方向為遠離偵測器，看起來較為灰暗。
可供SEM 偵測之信號：二次電子、背向散射電子、X 光、陰極發光、吸收 電子及電子束引起電流(EBIC)等，而最常被SEM 使用的信號為二次電子和背向散 射電子，以下將簡單說明兩者有什麼不同。
二次電子(Secondary Electrons)：電子束和試片作用，可將傳導能帶 (conduction band) 的電子擊出，此即為二次電子，其能量約<50 eV，擊出深度
<100 Å。
背向散射電子(Backscattered Electrons)：由入射電子反彈回來，其能量 約與入射電子相當，大約百分之七十的電子把所有能量消耗在作用體積內，只有 百分之三十會被試片原子碰撞出來，此即為背向散射電子，其在SEM 中提供有用 的信號。
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圖 3-2-2 不同電子的穿透深度圖
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3-3：穿透式電子顯微鏡 (TEM)
穿透式電子顯微鏡（Transmission electron microscope，TEM），第一台 TEM 由馬克斯·克諾爾和恩斯特·魯斯卡在 1931 年研製，這個研究組於 1933 年研
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圖 3-3-1 TEM 結構示意圖 各構造簡述如下：
電子槍：發無線電子，由陰極、柵極、陽極組成。陰極管發射的電子通過柵極上 的小孔形成射線束，經陽極電壓加速後射向聚光鏡，起到對電子束加速、加壓的 作用。
聚光鏡：將電子束聚集，可用已控制照明強度和孔徑角。
樣品室：放置待觀察的樣品，並裝有傾轉檯，用以改變試樣的角度，還有裝配加 熱、冷卻等設備。
物鏡：為放大率很高的短距透鏡，作用是放大電子像。物鏡是決定透射電子顯微 鏡分辨能力和成像質量的關鍵。
中間鏡：為可變倍的弱透鏡，作用是對電子像進行二次放大。通過調節中間鏡的 電流，可選擇物體的像或電子衍射圖來進行放大。
透射鏡：為高倍的強透鏡，用來放大中間像後在熒光屏上成像。
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此外還有二級真空泵來對樣品室抽真空、照相裝置用以記錄影像。
本實驗中雖然並沒有直接使用 TEM 對本樣品進行量測，但透過文獻的 TEM 分析，仍提供了最直接的證據，對於本研究有重要的影響。
22 此所有破片皆須要掃瞄到電腦後並以 PhotoImpact X3 軟體處理去計算每片樣品 的實際面積，此後所有樣品之蝕刻質量皆要以一個等比例去計算出修正後的蝕刻