Abstract
本論文運用離子佈植的方法將Co離子佈植進成長於玻璃基版上之ZnO奈米線中，合成稀磁半導體Zn1-xCoxO奈米線，選用固定佈植Co離子能量但不同劑量，佈植之後並進行熱退火處理，以修復佈植時所造成之缺陷；論文主題在瞭解不同佈植劑量與熱退火處理對於一維稀磁半導體Zn1-xCoxO奈米線之結構型態與其磁性質的改變。實驗所用的分析儀器包括利用掃瞄式電子顯微鏡分析佈植前後Zn1-xCoxO奈米線表面型態，穿透式電子顯微鏡分析Zn1-xCoxO奈米線晶體結構及晶格影像、X光能量分散光譜及電子損失能譜儀作材料元素成分分析，並利用超導量子干涉磁量儀來量測佈植Co後與退火後Zn1-xCoxO奈米線的磁性質。 我們觀察到佈植Co離子會影響ZnO奈米線的結構，並且隨著佈植劑量的增高，ZnO奈米線被破壞的情況也越嚴重。離子佈植後造成ZnO奈米線表面不平整，有許多疊差產生。利用X光能量分散光譜（Nanobeam EDS） 沿著疊差的部分，分析Co的定量成分，並未發現Co含量有明顯較多或較少的趨勢。運用EDS統計各不同佈植劑量奈米線Co成分百分比，發現隨著佈植劑量的增加，在Zn1-xCoxO奈米線中Co成分百分比確實增加，並利用X光能量分散光譜而做成之成分分佈影像圖（EDS-mapping）來觀察Co在奈米線中分佈的情況，發現Co在Zn1-xCoxO奈米線中是均勻分佈並沒有特別聚集的現象。經過熱退火（600℃-12小時）處理後，可觀察到退火確實可修復大部分佈植造成的缺陷，並在電子損失能譜（EELS）分析退火後Zn1-xCoxO奈米線中可以清楚的觀察到Co的L2、L3的特徵峰值，並且經過以（double arctangent）函數去背景後，再以兩個勞倫斯（Lorentzian）函數回歸所得之能量損失譜，其L3/L2約為4.8，經過對照其Co在Zn1-xCoxO奈米線中化學鍵結接近 Co+2 。 在磁性質分析中，首先量測四組不同佈植劑量試片之磁化量對溫度曲線（M-T Curve），其量測溫度範圍由5K至300K，量測到的訊號為順磁訊號並無鐵磁訊號，也就是Co離子之間未有交互耦合效應，但可觀察到隨著佈植劑量增加，順磁訊號也隨之增強，由此可更確定Co離子確實有佈植進去ZnO奈米線中。並在溫度2K下量測佈植劑量為6×1016cm-2 在退火前後磁滯曲線之比較，可以觀察到退火後其磁滯曲線更為明顯，且分析退火後不同佈植劑量（2、4及6）×1016cm-2磁滯曲線，觀察到退火後Zn1-xCoxO奈米線，隨著佈植劑量的增加，其磁滯現象越明顯，綜合磁性質分析，佈植劑量的增加與退火處理對於Co＋2離子在Zn1-xCoxO奈米線磁性的性質是有幫助的，這現象在稀磁半導體奈米材料中是極為有趣的。