量測設備

1. 橢圓偏光儀(Ellipsometry)

係使用 J.A.Woollam 公司製造的α-SE^TM機型。用以量測物質折射率及 薄膜厚度。橢圓偏光術是一種非接觸式、非破壞性、以光學技術量測薄膜 表面特性的方法。量測原理為運用光在兩層薄膜間的介面或薄膜中發生的 現象及其特性的一種光學方法，利用偏振光束在界面或薄膜上的反射或穿 透時出現的偏振轉換，得到橢圓參數，再經由所建構的物理模型，計算求 得折射係數 n、吸收係數 k 值及膜厚 t，如圖 23 所示。

橢圓偏光儀無法直接測量樣品的物理參數，需藉由建立模型來描述樣 品的物理性質，以數值分析求得實際上樣品的物理參數，因此，數值分析 方法決定橢圓偏光儀量測的準確性及應用的範圍。其主要量測不同偏振態 改變量的比例，而不量測光的絕對強度，因此增加了量測的精確度。對於 比較單純的結構，尚可以等比級數的公式加以計算，當考慮多層膜結構時，

由於各層間皆有交互作用，無法利用級數法來求解，必須利用遞迭的方式，

一層層地以電腦程式計算穿透係數及反射係數。

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圖 23 橢圓偏光儀架構圖

2. 紫外-可見吸收光譜儀(Ultraviolet-visible Absorption Spectrophotometer)

與螢光光譜儀(Fluorescence Spectrophotometer)

係採用 Princeton Instruments Acton 2150 機型。紫外-可見吸收光譜可以 用來偵測軌域中之電子被激發進而產生躍遷的情形，故放射光的波長和物 質內的電子結構有關。操作方法為先將溶劑放入長方體狀的石英製分光液 體槽(cuvette)，並放入儀器的樣品槽中，並設定好參數作為背景掃描，再將 分光液體槽溶劑替換為樣品溶液，進行掃描量測。

而螢光光譜可以用來偵測發光團分子之電子被激發後以放光形式回 到基態(ground state)的情形，故放射光的波長和物質內的電子結構有關。操 作方法為調配適當濃度，並將紫外-可見吸收光譜量測所得到的激發波長設

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定好，再放入螢光光譜儀量測。

3. 半導體參數分析儀(Agilent 4155C)

為安捷倫科技股份有限公司出產的半導體參數分析儀，量測解析度約 可達 10^-14 A 及 10^-7 V，內含 DesktopEasy EXPERT 軟體，可透過 PC 圖形介 面操控儀器進行量測。而 4511C 的 CH1 及 CH2 接上探針作為陰極及陽極 量測元件的電壓及電流特性，CH3 接上光電二極體量測元件的光電流，如 圖 24 所示。

4. 光纖光譜儀(Ocean Optics USB2000+)

USB2000⁺ 微型光纖光譜儀是由一個強大的 2-MHz 模數(A/D)轉換器、

可程式編輯模塊，一個 2048 像素 CCD 陣列探測器以及一個高速 USB 2.0 接頭所組成，半高寬 FWHM 量測可高達 0.35 nm 的辨別率。當 USB2000+

通過 USB 2.0 接頭與電腦連接後，可透過電腦介面進行數據量測，將每毫 秒(ms)截取並儲存一張完整的光譜圖至電腦儲存設備中，其內部矽基板 CCD 硬體光譜理論量測範圍依量測靈敏度不同極限可達 1200 nm，而軟體 則限制最高至於 895 nm。

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5. 光電二極體檢測器（Photodiode）

光電二極體檢測器為一種能將光的信號轉換為電信號的半導體元件。

測量接收到光子的能量，以計算的方式算出電流密度、量子效率、亮度、

發光效率、電流效率等元件數據分析，量測平台放置在超低水氧手套箱環 境中進行量測。

圖 24 元件量測平台整體儀器架構圖

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