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研究生: 方雍時
Fang, Yung-Shih
論文名稱: 矽奈米線的水平X光光學效應之研究
Optical Study of Horizontal Behavior in Silicon Nano-wires
指導教授: 張石麟
Chang, Shih-Lin
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 53
中文關鍵詞: 矽奈米線
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  • 本篇論文主要研究X光以廣角入射矽奈米線時,藉由矽原子面(1 1 3)產生的表面繞射光,使得光可沿著矽奈米線方向行進。而X光進入矽奈米線後則利用全反射原理將X光限制在其中,進而可研究其水平傳播及散射之現象和成因。

    理論上以電磁波波導原理出發,將矽奈米線當作平面波導管,利用馬克斯威爾方程式推導出可於管中傳播的模式,若為非傳播模式角度入射的X光,則以傅立葉展開將電場及磁場展開成可傳播模式之組合。因不同偵測器位置對應於不同出射角,我們可計算不同旋轉角度下的偵測器收到之強度分佈。

    實驗上以晶向[0 0 1]的矽晶圓為材料,於其上蝕刻出寬度分佈350nm∼20μm的矩型圖樣,並於整片矽晶原上下鍍金形成全反射介面。實驗證實以大角度入射矽奈米線之可行性,我們旋轉樣品以改變X光與側壁的入射角,並藉由比較不同入射光位置判定光點來源,結果驗證進入矽奈米線的X光部份穿出,部份則因全反射進入矽中;另一方面我們也能利用水平方向得到的資訊,對垂直方向傳播機制進行進一步探究。


    第一章序論……………………………………………………1 第二章 理論基礎…………………………………………2 2.1 廣角入射矽奈米線………………………………………2 2.2 全反射定律………………………………………………5 2.3 X光在矽奈米線之傳播原理……………………………………7 2.3.1電磁學下的波導理論……………………………………………7 2.3.2波導管原理中TE及TM mode…………………………………11 2.4 二維波導管之電磁場傳播……………………………………13 2.5 模式與入射角關係…………………………………………………19 2.5.1 TM及TEmode之入射角………………………………………19 2.5.2任意角度入射之電磁場傳播模式……………………………20 第三章 X光入射矽奈米線實驗……………………………………25 3.1實驗樣品………………………………………………………25 3.1.1實驗樣品設計…………………………………………………25 3.1.2實驗樣品製備…………………………………………………27 3.2實驗方法…………………………………………………………28 3.2.1實驗儀器………………………………………………………28 3.2.2實驗步驟………………………………………………………29 第四章 分析…………………………………………………………32 4.1理論模擬與計算………………………………………………32 4.2實驗分析…………………………………………………………38 4.2.1廣角入射矽奈米線之波導效應……………………………38 4.2.2轉動φ角對出射光的影響…………………………………40 4.2.3無覆金矽奈米線垂直方向性質量測………………………46 第五章 結論與展望…………………………………………50 參考文獻………………………………………………………52

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