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研究生： 周逸豪
Chou,Yi-How
論文名稱： 同步輻射用光束線設計及其應用
Design and Applications of Synchrotron Radiation Beamline
指導教授： 蘇雲良
Soo,Yun-Liang
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： 42
中文關鍵詞： 同步輻射 、光束線 、X光吸收光譜 、銦錳砷
外文關鍵詞： Synchrotron Radiation, beamline, x-ray absorption spectrum, InMnAs
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    • 本文分為兩部分，第一部分為光束線設計，第二部分為InMnAs量子點(QDs) X光吸收邊緣延續光譜細微結構(EXAFS)量測分析，國家同步輻射中心欲建立一條新的硬X光光束線BL07，能量範圍5~23 keV，能量解析度∆E/E 要求2x10-4，實驗站所收到光子通量約為1011~1012 photons/sec，且光通量能夠越高越好，高諧振光比值在百分之一以下，使用光跡追蹤程式(Ray tracing program)XOP掛載Shadow VUI模擬不同入射角及不同鏡面鍍膜材質的情況下各光學元件光通量以及實驗站所收到光的變化，由計算結果選擇入射角為3.5 mrad，鍍膜材質選用Pt(25nm)+Rh( 5nm)，可得能量在5 keV時實驗站所收到第三高諧振光比例約0.2%，能量解析度∆E/E=1.4x10-4。實驗站所收到的光通量約1012~1011 photons/sec，最高光通量在能量8~9 keV左右約7.5x1012 photons/sec。第二部分為應用同步輻射光源量測In0.60Mn0.40As QDs Mn k-edge X光吸收邊緣延續光譜細微結構(EXAFS)，一般稀磁性半導體薄膜受限於磁性原子溶解度問題居禮溫度目前僅達173K，使用分子束磊晶技術(molecular beam epitaxy)生長而成InMnAs QDs可大幅提高磁性原子成份，且居禮溫度提升至室溫，然由於高度摻雜磁性原子可能會造成材料結構上的改變、形成其他化合物或是產生叢聚(cluster)，利用 EXAFS光譜量測Mn周圍區域結構，分析結果發現Mn的摻雜並未形成MnAs結構或者是In-site-substitution 結構，而是以鑽石結構形成叢聚形式，其鐵磁性質可能來自於小型Mn叢聚本身具有鐵磁性的關係。

    目錄： 摘要.......................................................i 致謝................................................ .....ii 目錄.....................................................iii 圖表目錄................................................. iv 第一章 緒論 1 第二章 光束線設計 2 2.1光束線設計要求........................................ 2 2.2同步輻射特性............................................2 2.3光源....................................................3 2.4光束線配置..............................................4 2.5入射角..................................................8 2.6反射率.................................................11 2.7高諧振光探討...........................................14 2.8光學元件之光通量.......................................17 2.9實驗站成像.............................................19 第三章 X光吸收光譜原理 21 3.1基本原理簡介...........................................21 3.2 XANES.................................................23 3.3 EXAFS.................................................23 3.4 實驗方法 ............................................ 24 3.5 數據分析 ............................................ 27 第四章 InMnAs Quantum Dots X光吸收邊緣延續光譜細微結構 29 4.1稀磁性半導體簡介.......................................29 4.2 樣品簡介..............................................31 4.3 實驗結果及分析討論....................................33 第五章 結論 38 參考文獻 39 附錄 40 圖表目錄： 圖2-1 Bl07A 光束線配置示意圖............................ 4 圖2-2 toroidal mirror圖................................... 6 圖2-3 布拉格繞射圖........................................ 7 圖2-4 分光儀平行排列與反平行排列圖........................ 8 圖2-5 10 kev 不同入射角於實驗站所收到的光通量.............10 圖2-6 入射角為2.8、3.0、3.2、3.4、3.5、3.6 mrad時，不同材質的反射率 .................................................12 圖2-7 入射角為3.8、4.0、4.2、4.4、4.6 mrad時，不同材質的反射率........................................................13 圖2-8 5 keV 第三高諧振光譜殘留比例....................... 16 圖2-9 5 keV第四高諧振光譜殘留比例........................ 16 圖2-10選用Rh鍍膜各光學元件光通量與能量關係圖............. 18 圖2-11選用Pt(25 nm)+Rh(5 nm)鍍膜各光學元件光通量與能量關係圖...18 圖2-12 能量10 keV 入射角3.5 mrad 光束於實驗站聚焦情況.... 19 圖2-13 不同能量光束聚焦點成像大小 ....................... 20 圖2-14 不同能量下的能量解析度 ........................... 20 圖3-1 ZrO2的XANES與EXAFS分界圖........................... 22 圖3-2 光電子波與相鄰原子的背向散射產生建設性干涉與破壞性干涉之示意 .................................................. 23 圖3-3 實驗配置圖 ....................................... 26 圖3-4 ZrO2 χ函數於(a)加權前(b)乘以k三次方加權後的結果 ...28 圖3-5 ZrO2 k3χ函數經傅立葉變換回實空間後之大小 ..........28 圖4-1 (A)鐵磁性材料(B)稀磁性半導體材料(C)半導體材料 .... 30 圖4-2 磁阻式多層膜的形式................................ 31 圖4-3 錳含量x=0.19、0.21、0.38、0.40、0.45時磁性對溫度圖 32 圖4-4 In0.6Mn0.4As EXAFS kχ函數圖 .......................34 圖4-5 In0.6Mn0.4As kχ函數經傅立葉變換回實空間後之大小... 34 圖4-6 In0.6Mn0.4As kχ(k)實驗數據與參數擬合圖............37 圖4-7 In0.6Mn0.4As kχ實驗數據與參數擬合傅立葉變換至實空間對比圖.....................................................37 表2-1 IASW Wiggler磁鐵參數............................... 3 表2-2 鏡子參數 .......................................... 6 表2-3 10 kev 不同入射角於實驗站所收到的光通量............10 表2-4 5 keV 第三高諧振光譜於不同反射面材質下殘留比例 ....15 表2-5 5 keV第四高諧振光普於不同反射面材質下殘留比例......15 表4-1 MnAs 結構參數 .....................................35 表4-2 InAs 結構參數 .....................................35 表4-3 (a)假設MnAs結構擬合的結果(b)假設In-site-substitution結構擬合結果 ..............................................35 表4-4 (a)Mn single-shell fitting(b)Mn multi-shell fitting結果 ......................................................36

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