第三章 實驗方法
3.2 特性量測之分析、裝置及原理介紹
3.2.4 XANES 之原理簡介
本實驗將製備完成的樣品於國家同步輻射研究中心（National Synchrotron Radiation Research Center，NSRRC）中之 6m high energy spherical grating monochromator（6 m HSGM）光束線 BL20A [18]，進 行 X 光吸收光譜量測。
3.2.4 (a) XANES 原理簡介
吸收光譜是原子吸收光子後，使其原子內電子在不同軌域間躍遷，
當光子能量恰為某一值時，光子會被吸收，使得某一軌域之電子躍遷 至較高且為填滿之空軌域。而 XANES ( x-ray absorption near edge structure )則是利用此物理機制所產生的工具，其主要功能為分析材料 空軌域電子組態（電洞），尤以 O 的 K-edge (O 的 1s 到 2p 空軌域的 吸收) ，由光譜中的幾個特定能量位置上，可了解能帶載子分佈之情 形。 從 XANES 光譜分析中可以得到量測兩種數據：全電子產率（Total electron yield）與 X 光螢光產率（X-ray fluorescence yield），如圖 3-9。
當 X-ray 照射樣品時會激發內部的光電子往樣品表面移動，但 由於電子與電子間的庫倫作用力之牽制，會使較深層電子因阻礙多不 容易跑出樣品表面，而淺層電子因阻礙少容易跑出樣品表面，藉由電 流計檢測其光電流，可知樣品表面的特性，稱之為全電子產率。相對
因為 x-ray 激發樣品內的光電子後會留下空軌域，外層的電子將會佔 據此空軌域後放出光子而產生螢光訊號。螢光是由光子所組成，故螢 光不會受到庫倫作用力之牽制於樣品內，因此可探測較深層之電子結 構，實驗上常利用 X 光螢光產率作為樣品整體結構的特性分析。
圖 3-9 為 X 光吸收光譜之電子及螢光產率原理圖：X 光打入樣品激發內層電子 躍遷至空軌域，外層電子掉至內層電洞因而產生螢光 。
3.2.4 (b) 自我吸收光譜（self-absorption）校正
當螢光自生成到完全離開樣品過程中仍會被樣品所吸收，稱之為 自我吸收效應，而儀器所記錄的光子強度，受限於自我吸收效應，造 成吸收光譜並不能正確的呈現，其誤差就必須藉由物質的吸收特性進 行校正，此步驟稱為光譜的自我吸收校正(self-absorption correction)。
圖 3-8 為兩種極端自我吸收情形，如圖所示自我吸收之效應會受到入 射角度之影響。假設對樣品的 O 光譜進行自我吸收校正，可得 O 原 子之 1s 軌域吸收截面 μoxy，計算如公式 3-3 式[19]。
) fluorescence energy ~ 520 eV，F 為 factor。
另外，
圖 3-9 以螢光做為自我吸收校正的概念圖：
I'(α) :實驗測量之螢光產率強度
I(α) :完全偏極化光線入射應該得到螢光產率強度
I
0 :入射角 0 度之 X 光螢光產率強度I
90 :入射角 90 度之 X 光螢光產率強度p :the degree of linear polarization
1-p 為入射圓偏振光率，將得到之 I(α)帶入下式:
) 0cos2 90sin2(
I I
I
(3-5)可以得到 I90為:
2 2 0
90
sin
cos )
( I
I I
(3-6)I
90即為入射光電場方向平行樣品 c 軸之 X 光吸收光譜。3.2.4(c) HSGM 裝置簡介
如 圖 3-10 為 國 家 同 步 輻 射 研 究 中 心 （ National Synchrotron Radiation Research Center，NSRRC）中之 6 m high energy spherical grating monochromator（6 m HSGM）光束線 BL20A 光學系統設計圖。
圖 3-106m HSGM 光束線光學系統配置圖。