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研究生： 蔡一葦
Yi-Wei Tsai
論文名稱： β - FeSi2 / Si 量子點應變場之X 光繞射研究
Studies of Strain Field of β - FeSi2 / Si Quantum Dot Nano-Structures by X-Ray Bragg-Surface Diffraction
指導教授： 張石麟
Shih-Lin Chang
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 物理學系
Department of Physics
論文出版年： 2007
畢業學年度： 95
語文別： 中文
論文頁數： 59
中文關鍵詞： x光 、繞射 、應變 、晶格常數 、介面 、掠角繞射 、複繞射 、量子點
外文關鍵詞： X-Ray, diffraction, strain, lattice parameter, interface, grazing incidence X-Ray diffraction, (X-ray multiple-wave diffraction, quantum dot
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    • 在半導體的電性或發光材料的發光特性之研究, 晶格常數扮演著重要的角色, 因為晶格常數的差異, 將直接影響到能帶結構, 進而改變各種特性。
    然而, 兩種或多種不同物質的交界處, 要精準的量測介面附近的晶格常數變化, 是相當不容易的, 而本文將以布拉格-表面繞射(Bragg-surface diffraction:BSD) 的方法, 針對β-FeSi2/Si 量子點系統進行基底矽單晶在介面以下的晶格常數變化, 佐以掠角繞射(grazing incidence X-Ray diffraction: GIXD) 觀察在介面以上的量子點分佈情形。
    BSD為複繞射(X-ray multiple-wave diffraction) 的一個特殊狀況, 可以挑選出不同的原子面, 使其繞射光皆沿著樣品表面/介面行進, 由此表面/介面繞射光, 便可得到介面附近的晶格常數訊息。而實驗將些微改變入射光的條件, 使得被扭曲的原子面產生繞射, 被扭曲的原子面所產生的繞射光與完美單晶產生的繞射光, 會在空間上有些微的位置差異, 再以二維偵測器CCD 擷取數據, 比對兩者間的關係, 便可直接量測基底在介面附近被扭曲後的晶格常數, 誤差低於0.005(˚A),且不只是垂直或水平方向的晶格常數變化量, 更可進一步直接定義晶體在實空間中各晶軸的長度與變化量。
    而掠角繞射則是以小於材料臨界角的角度入射, 因此會在表面產生全反射,若同時滿足一組垂直於樣品表面的原子面的繞射條件, 則會產生一道繞射光與繞射光的鏡面反射光, 鏡面反射光以極小的角度在介面以上行進, 因此可以由這道光得知介面以上的結構訊息。由於介面以上的孔洞或β-FeSi2量子點, 可能會有特殊的排列方式,若排列方式有週期性, 則或許可以藉由量測孔洞及量子點的散射強度, 來分析排列的方式。實驗結果顯示, 掠角繞射的強度分佈, 除介面以上材料
    複雜所造成的一般無序的散射外, 還有被週期性排列的孔洞及量子點散射, 而利用光點間的距離, 配合簡單的布拉格定律, 即可換算出孔洞及量子點的排列情形,此實驗證實, 此樣品的量子點結構, 在排列上有一維的週期性。

    1序論 1 2理論基礎 4 2.1複繞射 ............................... 4 2.2 β角理論位置 ............................ 5 2.3掠角繞射 .............................. 7 2.4折射率計算 ............................. 8 3實驗儀器與步驟 11 3.1儀器與樣品 ............................. 11 3.1.1繞射儀 ........................... 11 3.1.2 CCD偵測器 ........................ 11 3.1.3樣品 ............................ 12 3.2表面布拉格繞射實驗流程 ..................... 13 3.2.1校準光源與繞射儀 ..................... 13 3.2.2樣品的調平與複繞射定碼 ................. 15 3.2.3實驗步驟 .......................... 15 3.2.4擷取數據 .......................... 18 3.3掠角繞射實驗流程 ......................... 22 3.4奈米級孔洞及量子點散射實驗 ................... 25 4數據分析 27 4.1 BSD分析 .............................. 27 4.1.1定義Δβ、 Δθ ........................ 27 4.1.2空間定位 .......................... 30 4.1.3 BSD誤差計算 ....................... 34 4.1.4 BSD實驗結果 ....................... 35 4.1.5 BSD結果分析 ....................... 39 4.2掠角繞射結果與分析 ........................ 41 4.2.1強度週期性排列與量子點週期性排列之可能性研究 .... 41 4.2.2誤差計算 .......................... 44 4.2.3計算結果與分析 ...................... 44 4.2.4奈米級孔洞及量子點散射實驗分析結果 .......... 46 5結論 49 A計算折射率之參數與結果 51 B化合物原子結構 56 參考文獻 58

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