第二章、 實驗與分析儀器
2. 量測及分析儀器
1-2.硒化爐
此篇論文中採用的硒化爐共有兩台，一是針對大尺寸薄膜硒化製程的大型硒 化爐，另一是可提供較快速升降溫製程的中型硒化爐，下圖 16 為本研究中採用的 硒化爐的機構設計示意圖；此機台共分為三個腔體，由左至右分別是硒蒸發源、
反應腔體、樣品承載腔體(load-lock chamber);本研究所採用的硒源是無毒的 Se 錠，
將硒源加熱至設定溫度後，通入載氣 (carrier gas)將硒蒸氣帶入反應腔體，配合加 熱器的升溫曲線將樣品硒化。
圖 16 硒化爐腔體示意圖
2.量測及分析儀器
2-1.四點探針
利用四根平行探針，間距為 1 mm，外側兩根探針通電流，內部兩根探針同時 量測電壓，由獲得的電流電壓值，求得薄膜的片電阻及電阻率。計算方法如下：
，其中 R 代表電阻，ρ 為導體之電阻係數，L 為導線長度，A 為導線之截面積，若 為長方型導線，則其截面積為寬度乘以厚度(W＊t)。而摻雜矽的電阻率 ρ 主要由雜
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四點探針為最常被用來量測薄膜片電阻的工具，在其中兩個探針加上固定的 電流，同時量測另外兩個探針的電壓差值，即可計算出薄膜的片電阻。如圖 17，
探針之間隔為 1mm(S1=S2=S3=1mm)。
圖 17 四點探針示意圖
2-2.X-ray 繞射儀
本實驗使用的 X-射線繞射光譜儀是用銅靶的 Kα特性 X-射線，透過裝有晶體 的單光儀去除螢光，選擇波長很窄的波譜後投射到待測薄膜上，轉動待測薄膜則 偵測器上可量出繞射強度與投射角的關係。
其原理主要藉由Bragg’s law，nλ=2d*sinθ，n 為整數，d 為原子層間的距離，θ 為 X 光照射到原子表面與之的夾角。如圖 18 若兩入射光入射到不同原子層的光 程差(即 2d*sinθ)為波長的整數倍，則為建設性干涉，可由偵測器偵測到，由此量 測便可知原子層間的距離 d。不同結晶化合物會產生不同強度與角度的組合，2θ 提供晶格常數，強度 I 提供晶體內部組成原子形態與結晶變形的資訊。一般的 X 射線繞射峰，其強度和波形會受晶粒數目和晶粒大小影響，通常晶粒在0.1μm 以
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下時，繞射峰會明顯變寬，晶粒越小，繞射峰越寬。
當要量測薄膜結構而不是塊材結構，應採用低掠角入射繞射法，則折射光可 與垂直於薄膜表面的晶面產生2θ 繞射光束，收集待測薄膜表面垂直或近乎垂直的 晶格面繞射數據，可獲得薄膜晶體的排列方向與基板的關係。
圖 18 布拉格繞射示意圖
2-1.拉曼光譜量測系統
拉曼光譜(Raman spectroscopy)可用來分析晶格振動模態，其主要經由雷射光 源打在樣品上，其光路設計如圖 19，入射光經過濾光片後，以一定波長的光源打 到樣品上，能量守恆的觀點，其入射光源的能量等於分子振動能量加上光線散射 能量，故量測到光線散射的能量即可得知分子振動能量。
拉曼量測主要是量測聲子的振動，不同元素或化合物鍵結會有不同能量的振 動膜式，因此可依靠拉曼量測的訊號分析薄膜內的組成，另外由於有些化合物的 晶格常數相當接近，因此在 XRD 無法分辨出的訊號，有時可利用拉曼光譜區分出 來。
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圖 19 拉曼系統架構圖
2-2.UV-Visible 穿透光譜儀
本實驗所用的穿透光譜(UV–Visible spectrum)系統可用於量測材料的吸光度及 穿透度，其量測範圍為 200nm~1100nm。紫外光譜與可見光譜(ultraviolet and visible spectroscopy)是用來偵測分子的電子躍遷能量(或頻率)的技術，此技術利用紫外光 與可見光和分子作用所產生的電子躍遷(electronic transition)的原理，當分子處於基 態時受電磁波擾動(被激發)，使得電子自能量較低(基態)的分子軌域躍遷到另一個 能量較高(激發態)的分子軌域，來記錄分子吸收光之後所呈在電子激發態時的振動 模式，記錄吸收光的強度對波長所得的圖，即稱為紫外光譜與可見光譜，可作為 鑑定分子之用。
其原理是偵測器所量測到的各波長穿過樣品後相對應的所剩強度，扣除掉參 考片（玻璃）所吸收的強度後，其值與入射初始強度(各波長初始強度皆一樣)相除 換算成百分比便是所謂薄膜的穿透率。一般說來，可見光的波長範圍指的是 λ = 400nm 至 λ=800nm，紫外(UV)光的波長範圍指的是 λ = 200nm 至 λ=400 nm。
2-3.掃描式電子顯微鏡 SEM
使用機型為 JEOL JSM-6330TF 場放射型掃瞄式電子顯微鏡及 JEOL
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mW/cm2 ，較符合一般地球環境的真實輻射能量。
AM 1.5G : 除了直接入射的太陽光能量外，地球表面也會接收到許多散射的太陽光 能量。為了量測光源基準測定照度，另外定義了 AM 1.5G 的太陽光能量 基準，其單位面積內入射功率為 100 mW/cm2 。
實驗室量測太陽電池的效率轉換，一般都會採用氙氣燈（XE Lamp）作為模擬 太陽光譜的光源量測。
圖 20 溫度 6000k 的黑體輻射和在 AM0 以及 AM1.5 的太陽能光譜
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圖 21 太陽光入射基準
本研究使用的太陽電池量測系統，系統架設結構圖如所示，量測所使用的頻 譜是 Class A 的 AM 1.5G 太陽模擬光源，將電池元件放置在特製的載台上，如圖 23 所示。探針點好後，打開燈源照光，然後通以電壓(在開路電壓以內)，接到負載後 量測光感應電流，再由電腦 Labview 控制程式繪出圖形，從圖形中萃取太陽能電 池的重要參數。
圖 22 太陽能電池量測系統架設圖