量測分析

3.3.1 掃描式電子顯微鏡

掃描式電子顯微鏡 (Scanning electron microscope, SEM) 為利用聚焦電子束來 掃描待測樣品的表面進而產生表面形貌之圖像以及組成成分之訊號，可用以進行 試片表面形態之分析。其圖像之解析度可達奈米等級，打破一般光學顯微鏡解析度 僅300 奈米之限制[66]。

掃描式電子顯微鏡之運作原理是利用熱游離或場發射原理經電子鎗產生高能

電子束與待測試片上之原子相互作用，進而產生各種不同之訊號，包含二次電子 (Secondary electrons) 、 背 向 散 射 電 子 (Back-scattered electrons) 、 特 徵 X 光 (Characteristic X-rays)、歐傑電子 (Auger electrons) 等訊號。二次電子與背向散射 電子探測幾乎是所有掃描式電子顯微鏡中的標準配備，利用偵測到之二次電子與 處理之元件橫截面 (cross-section)，用以觀測其結構剖面與 spiro-OMeTAD/奈米銀 線界面之變化。

其中ρ 為材料之電阻係數，L 為薄膜長度，W 為薄膜寬度，t 則為薄膜厚度。若為

紫外光-可見光光譜儀 (UV-Visible spectrometer) 為接收通過試片之穿透、反射 與繞射光並進行運算分析的儀器。藉由運算分析所接收之光譜訊號，我們可以得知 試片各波長範圍下所對應之穿透率 (Transmittance)、反射率 (Reflectance) 與吸收 率 (Absorbance)，即 UV-Vis 頻譜。

紫外光-可見光光譜儀大致由光源、光路、試片載台、接收器與運算系統所組 成。本研究中所使用的機型為JASCO 公司的型號 V-670，其使用的光源有兩個，

以提供紫外光至紅外光波段。其量測原理為光由光源射出後聚焦並通過單色儀內 之光柵與狹縫分出單一波長之單色光，並藉由分光鏡等量的分成兩束光線，一束為 通過待測樣品之測量光，另一束則為不通過樣品之校正光[69]，如圖 3-7 所示，最 後用積分球收集光訊號進入接收器讀取通過試片之光譜，並交由電腦運算系統計 算出各波長範圍下所對應之穿透與反射頻譜。另外可藉由穿透率及反射率計算出 吸收率 (absorbance, A(%))，如(式 3.4)所示

𝐴(%) = 100% − 𝑇(%) − 𝑅(%) (式 3.4) 其中T 為穿透率(%)，R 為反射率(%)。

圖 3-7 JASCO V-670 之光學系統[69]

本研究中欲探討不同噴塗次數下奈米銀線薄膜之透光度，以及奈米銀線薄膜 經紫外光臭氧處理是否會影響其穿透與吸收光頻譜，故以紫外光-可見光光譜儀進 行量測，測量之光波長範圍為300-800 nm。

3.3.4 X 光子能譜儀

X 光子能譜儀 (X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)，又稱化學分析電子能 譜儀 (Electron spectroscopy for chemical analysis，ESCA)，為利用 X 射線照射樣品 表面游離出光電子 (Photoelectron)，並測得該光電子之動能對應推算出被測樣品表 面所含元素組成之化學態和電子態定量分析。進而可得知樣品表面之元素組成比 例、化學鍵結與分子結構等資訊，亦可得知微小區域與深度分布。

其原理即為愛因斯坦之光電效應，利用能量約在1000-1500 eV 之 X 射線照射 樣品表面，使原子的內層電子及價電子激發游離，即愛因斯坦之光電子，並藉由不

同波長的 X 射線照射，得到不同能量的光電子數目，電子之束縛能為橫坐標，相

對強度 (counts/s) 為縱坐標，得出 X 光子能譜圖。原子對電子之束縛能 (Binding energy, Eb (eV)) 可由光電之動能 (Kinetic energy, Ek (eV)) 經愛因斯坦之能量守恆 公式推算而得，

𝐸_𝑏 = ℎ𝑣 − 𝐸_𝑘− 𝑊 (式 3.5) 其中，hν 為光子能量，Ek為電子動能，W 為功函數。

由於不同元素與組態之電子束縛能亦不同，我們便可由測得之 X 光子能譜圖

之峰值位置判斷被測元素之束縛能，以此推論其表面元素種類與化學鍵結組成。

本研究中所使用的儀器型號為Perkin-Elmer PHI 5400，其操作為委託貴重儀器 中心之操作員進行，除了掃描式電子顯微鏡之表面形態分析之外，X 光子能譜儀亦 能分析其表面之元素種類與化學鍵結組成，亦為探討研究結果之重要佐證，故我們 進行spiro-OMeTAD/奈米銀線界面與表面經紫外光臭氧處理之 X 光子能譜儀分析，

用以觀測其表面元素種類與化學鍵結組成變化。