第三章 實驗與儀器介紹
3.3 量測分析儀器
3.3.1 X 光繞射儀
本實驗使用 PANalytical 公司型號 X' Pert PRO 之 XRD 機台。X-Ray 晶格繞 射(X-ray diffractometer,XRD)來探測物質的晶體結構，已經是發展得非常完備 的一種量測方法。利用 XRD 量測可以得知材料的晶格種類、晶格型態與晶 格常數，所以是讓我們可以確定磊晶薄膜(epitaxial film)晶格狀況的重要指標。
X-ray 的產生為電子槍產生電子，電子經由 40 KeV 的外加電壓，加速撞擊銅 靶材，X-ray 由被撞擊的銅靶材 Kα、Kβ波產生，波長分別為 1.5406 Å 、1.5444 Å 與晶體中園子間距為同一個數量級，因此非常適合用來做晶格繞射。其原
圖 3.3 離子蝕刻示意圖
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理為布拉格晶格繞射如圖 3.6，當波長 λ 的 X-ray 以角度入射至間距為 d 的 晶格平面時，其反射線之間會產生干涉現象，其關係式滿足布拉格定理：
nλ = 2d sin (3.1)
3.3.2 EDS 成分分析儀
EDS 全名為能量散射光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer)，主要利用電子束 的激發來進行樣品的定性或半定量分析。其原理為︰當原子的內層電子受到外來 能量源 (如：電子束)的激發而脫離原子時，外層電子就會掉入內層填補內層電子 的空穴並釋放出能階差的能量。被釋放出來的能量會以 X 光的形式射出，或者此 釋出的能量將轉而激發另一外層電子使其脫離原子，如圖 3.5所示。由於各元素之 能階差不同，因此分析此 X 光的能量即可鑑定待測樣品的各個組成元素進而得到 材料的成份組成。但因為某些元素其 X 光能譜太過接近，因此造成了分析上的誤 差。
圖 3.4 布拉格晶格繞射示意圖
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3.3.3 原子力顯微鏡
原子力顯微鏡(atomic force micropy)為掃描探針顯微鏡(scanning probe micropy) 技術的代表，現今已非常廣泛的應用於物質表面的探測。本實驗使用之原子力顯 微鏡原子力顯微鏡可以探測至奈米等級以下的表面形貌，有助於我們觀察物質表 面粗糙度與表面形貌。原子力顯微鏡是由 Binnig 等人於 1986 年所發明的，具有原 子級解像能力，可應用於多種材料表面檢測。其原理主要由針尖與樣品間的原子 作用力(凡得瓦力)，使懸臂樑產生微細位移，以測得表面結構形狀，如圖 3.6所示。
AFM 操作模式可區分為接觸式（contact）、非接觸式（non-contact）及間歇接觸式 圖 3.5 X-ray 產生示意圖
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（intermittent contact or tapping）三大類，如圖 3.7所示。
(本實驗使用之原子力顯微鏡之型號為 SII Nanopics 2100-NPX200)
圖 3.6 原子力顯微鏡原理示意圖 N. Jalili et al. Mechatronics 14, 907 (2004)
圖 3.7 不同模式之原子力顯微鏡探針作用示意圖 N. Jalili et al. Mechatronics 14, 907 (2004)
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3.3.4 磁性量測系統(Magnetic properties measurement system, MPMS)
本實驗所使用的磁性量測系統為 Quantum Design SQUID-MPMS 超導量子干涉儀 如圖 3.10，其最高可加到 7 T 磁場，溫度量測範圍為 4.2 K~350 K，可用來量測樣 品磁性和電性。量測時須將樣品接至量測棒(probe)上，再插入 MPMS 量測系統內，
經由 liquid Helium 降溫至低溫進行量測。待測樣品需要外加磁場時，由其內部之 超導磁鐵產生外加磁場，最高可加至 7 T。
圖 3.10 Quantum Design SQUID-MPMS 量測系統圖
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