Abstract
本論文針對各式氧化鋅奈米結構，包括奈米線(nanowires)、奈米柱(nanorods)、奈米帶(nanobelts)、奈米錐(nanoneedles)以及氧化鋅粉末(powders)進行光致激發螢光與拉曼特性的量測。氧化鋅單晶的常溫PL光譜為一支位於3.289eV之半高寬較窄(96meV)紫外光譜線以及另一支位於2.51eV之半高寬較大(460meV)可見光譜線。在6.7K時，可見光的強度變得很微弱﹔而原本那一支紫外光譜線也被一支位於3.363eV(D0X﹔I4)之半高寬極窄(6meV)的譜線以及所伴隨的細微譜線結構所取代。分析一系列單晶的變溫PL光譜，可得到自由激子活化能約59.7meV﹔中性施子之束縛激子侷限能約4.7meV以及施子束縛能約16.3meV。利用Varshni’方程式與愛因斯坦近似可得0K時的激子能量約3.376eV﹔加上自由激子活化能，可獲得0K時的能隙值約3.435eV。我們選擇四個具代表性的氧化鋅奈米線做PL光譜量測，發現﹕氧化鋅奈米線之光致激發光譜主要包含紫外激發光與綠光兩部分，由於綠光一般相信與氧化鋅晶體本質缺陷有關，在變溫過程並無明顯變化，我們重點置於紫外光波段之各式激子譜線的探討。與單晶低溫PL光譜比較，由不同尺寸的金催化劑所成長的氧化鋅奈米線之PL光譜，可反應出因樣品尺寸造成的量子效應。奈米線的PL光譜譜線結構較平滑、細微結構較少，且隨著氧化鋅奈米線線徑尺寸的減小，PL光譜譜線有偏移至高能區的趨勢，由此我們歸因於量子侷限效應(quantum confinement effect)。樣品從0K升至常溫，小尺寸奈米線的激子能量減少量小於單晶與奈米柱結構，具較佳的發紫外光效能。氧化鋅奈米柱與奈米帶光譜接近單晶的譜線特性。氧化鋅粉末的尺寸分佈較廣(大顆粒約100~200nm)，譜線半高寬較大，LO-聲子伴線區的細微光譜結構不如氧化鋅單晶顯著。氧化鋅奈米錐的低溫PL光譜譜線半高寬亦大於氧化鋅單晶。我們利用背向散射式(backscattering)的量測方式，Z(XX)Z’與Z(XY)Z’極化形式可量測到單晶拉曼訊號，此時出現的譜線模式為A1(LO)與E2。在單晶與粉末的拉曼實驗中，發現除了位於437Rcm-1處的主宰整個光譜的E2模式外，A1(LO)模式譜線並不明顯，我們有機會觀測到位於331Rcm-1處等屬於氧化鋅之二階拉曼光譜譜線。五種不同尺寸分佈的氧化鋅奈米線的拉曼光譜譜線分佈大致相同。氧化鋅奈米柱與奈米帶則反應出與氧化鋅粉末類似的譜線結構。由拉曼量測結果，可知本論文所量測的氧化鋅樣品的原子排列次序以及晶體結構與單晶相較並不遜色，有一定的品質表現。