本研究先依照 Stöber 方法，利用 TEOS (tetraethyl orthosilicate)做為貣始原料來 製備單一粒徑分布的次微米級氧化矽球形顆粒。在氧化矽懸浮液中控制適當濃度鋅離子和 錳離子及氨水的添加量。隨著氨水滴定使 pH 值緩慢增加至 9 左右而造成鋅離子和錳離子析 出，鍍於氧化矽表面。在乾燥和熱處理後，氧化矽表面可由 XRD 方法鑑定出矽酸鋅結晶相 (#37-1485)(圖五十八(a) and (c))。圖五十八(b)則顯示其 PL 光譜，在 254 奈米激發光源 下，其發光光譜為波長約 525 奈米之綠色可見光。
450 500 550 600 650
0 由螢光光譜儀(PL, Photoluminescence Spectrometer)的量測，可測得 CdSe 奈米粒子的發光波 長。而紫外-可見光吸收光譜儀(UV-Vis, Ultraviolet-Visible Spectroscopy)則可測得其吸收波 長。本實驗選擇發光波長分別在 542.5nm(CdSe A)及 626nm(CdSe B)的 CdSe 奈米粒子。其 飽和吸收峰則分別為 509nm (CdSe A)及 609 nm (CdSe B)，由此可確知 CdSe A 的螢光不會 被 CdSe B 吸收，而造成實驗的誤差。
(a)
(b)(c)
350 400 450 500 550 600 650 700 4.9 X 23.6nm
4.1 X 12.7nm
Intensity (a.u.)
Absorbance (a.u.)
Wavelength (nm)
圖五十九 CdSe 發光光譜(實線)及吸收光譜(虛線)
(14) SiO
2光子晶體的性質與特性藉由合成時催化劑氨水(NH4OH)加入量的不同，將得到不同粒徑大小的 SiO2 奈米粒 子，由實驗結果發現，隨著 NH4OH 的增加，SiO2奈米粒子的半徑也跟著增大。
圖六十 SiO2粒徑大小與 NH4OH 量的關係
其粒子大小是藉由掃描式電子顯微鏡(SEM, Scanning electron microscopy) 計算而得。
本實驗中挑選了三種不同尺寸的 SiO2粒子進行光子晶體的製作，圖六十一則是使用掃 描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡(AFM, Atomic force microscope)觀察此光子晶體的微結
圖六十一 光子晶體的 AFM 圖
由下頁圖六十一可以看出只有在小區域內才可以觀測到較完美的自組裝光子晶體，大 面積的觀測則可以發現有缺陷的存在。這是因為自組裝對於溫度及振動都十分的敏感。本 實驗目前還無法完全排除振動所造成的影響。圖 5.是三種光子晶體的 UV-VIS 吸收光譜，
配合圖六十二可以發現隨著排列的粒子增大，其光能隙有紅移的現象。
圖六十二 光子晶體的吸收光譜
實驗中挑選的三種光子晶體其光能隙的位置分別為 502 nm，532nm 及 560nm。其中光 能隙位置在 532 nm 的光子晶體與 CdSe A 的放光波長有最大的重疊，而另外兩種則幾乎不 重疊。
表三則是利用 UV-VIS 吸收光譜儀測試光子晶體對於不同的入射角度的光其光能隙改 變的狀況。可以發現隨著入射角(θ)的增加，其光能隙位置會隨之紅移。這是因為本實驗中 所使用的光子晶體材料 SiO2折射率太低，使得所得到的三維光子晶體不能形成完全光能隙 (complete photonic bandgap)。若為完全光能隙，則其光能隙將不會受入射光角度改變的影 響。
表三 光子晶體光能隙與入射角度的關係