博碩士論文 etd-0205109-080706 詳細資訊


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    中文姓名 蘇志豐
    英文姓名 Chih-Feng Su
    電子信箱 deansu1129@hotmail.com
    系所名稱(中) 應用物理研究所
    系所名稱(英) Physics
    學年度 96
    學期 2
    學位(中) 碩士
    學位(英) Master
    論文種類 碩士論文
    論文語文別 中文
    論文名稱(中) 不同厚度的碳六十薄膜之光穿透特性
    論文名稱(英) Optical transmission on C60 films of various thicknesses
    頁數 71
    論文目次 目錄
    中文摘要……………......….……………………………..………...……….I
    英文摘要 .….…………………………………………..………...…..…….Ⅲ
    致謝 …..……………………………………………………………………Ⅴ
    目錄 …….…………….….…….………………………...………….…..…Ⅵ
    圖目錄.…….…………….….…….………………………………...……ⅤⅢ
    表目錄.……………………………………………………………………...Ⅹ
    第一章 簡介..……….………………...……………………………………..1
    1.1 研究動機..…………... ……………………………………………….1
    1.2 論文架構……………... ..…………………………………………….5
    第二章 理論與文獻回顧…………….………..….….………..………...…..6
    2.1 C60 分子結構與電子躍遷模型….……………..……………………..6
    2.2 Herzberg-Teller 耦合效應 ………………………………….……….9
    2.3 C60 文獻回顧…………………………………………………..…….10
    第三章 實驗原理與方法…………………………………….…….………13
    3.1物理氣相沉積法簡介…………………………………..…..….…….13
    3.2 C60 多晶薄膜之製備………………………………………….……..13
    3.3 SEM 與 X-ray 繞射分析…………………...……………..……….15
    3.4光穿透的實驗原理與架構 ...……………………………….………18
    第四章 結果與討論……….…. ………….……….……………..………...23
    4.1 C60 薄膜成長機制與分析 ...………………………………………..23
    4.2光穿透量測分析…………………………………………………….30
    4.3固態 C60 光穿透與能帶結構之關連……………………….…..….34
    4.4 C60 能隙與溫度之變化……………………………….....….….……41
    第五章 結論與未來展望……….…..……….…….…………………...…..44
    參考文獻……………………………....…..……………………..………46
    附錄一………………...………………...………….……………….……49
    附錄二……...………………..……………….……….…………….……50
    附錄三…………………………………………….……………….……..51
    附錄四……………………………..………………….…………….……57
















    圖目錄
    圖一 (a). C60 結構示意圖、(b). C60 之先驅產物 C20 杯狀結構示意
    圖,其中包含被扭曲的 sp2 鍵結、(c). C-C 之間的鍵結示意
    圖,其中包含 σ 鍵與 π 鍵軌域。...................................………3
    圖二 (a). C60 單晶變溫光穿透頻譜圖、(b). C60 單晶於300 K與30 K
    的光吸收頻譜圖、(c). 150 nm 的 C60 薄膜於300 K光穿透頻
    譜圖。……………………………………………………………4
    圖三 一般有機材料分子內能階躍遷示圖。.......……………………7
    圖四 一般有機材料分子間能階躍遷示意圖。……..………….……8
    圖五 S0 能階受 HT 耦合態振動模型:(a). Radical Breathing mode
    △Er = 70 meV、(b). Tangential Pentagonal pinch mode △Et =
    180
    meV。…………………………………………………...............11
    圖六 垂直式 PVD 系統示意圖。(1). 溫控器及高溫爐、(2). C60 粉
    末、(3). 石英管、(4). 石墨基座與 ITO 基板、(5). 機械式幫
    浦與真空計、(6). 熱電偶及溫度顯示器、(7). 高溫爐內溫度
    分佈示意圖。………………………………………………….14
    圖七 垂直式 PVD 與過飽和原理之示意圖。(1). 粉末端、(2). CSS
    範圍、(3). 基板、(4). 基座、(5). 隨石英管高度之溫度曲
    線。……………………………………………………………..16
    圖八 C60 樣品架構示圖。....................................…………………...17
    圖九 直接能隙樣品吸收係數變化圖。……………………………...20
    圖十 光穿透量測架構示意圖。……………………………………..21
    圖十一 Eopt 躍遷峰值定義圖。……………………………………..22
    圖十二 各類膜厚 C60 薄膜 SEM 圖。(a)、(c)、(e)為俯視圖;(b)、
    (d)、(f)為側視圖。………………………………………….24
    圖十三 各類膜厚之 C60 薄膜R對L關係圖。………………………26
    圖十四 各類膜厚 C60 薄膜 XRD 圖。…………………………….28
    圖十五 各類膜厚 C60 薄膜 XRD 之 (220) 與 (311) 峰值經歸一
    化後比較圖。………………………………….….….…..….29
    圖十六 各類膜厚 C60 薄膜變溫光穿透頻譜比較圖。……………..31
    圖十七 各類厚度 C60 薄膜於30 K 之光吸收能量峰值比較圖。...33
    圖十八 固態 C60 薄膜之能階躍遷模型與 DOS 分布圖。……….36
    圖十九 各類 C60 薄膜之較寬能量範圍光吸收頻譜。……….….…39
    圖二十 C60 單晶之 PC 實驗結果示意圖。 ………………………40
    圖二十一 O’Donnell - Chen equation 擬合 Eg 隨溫度變化圖。…42








    表目錄
    表一 各類膜厚 C60 薄膜R對L關係整理表。………....…….…….27
    表二 O’Donnell - Chen equation 擬合參數整理表。......……..……43

    參考文獻 參考文獻
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    關鍵字(中)
  • 光穿透
  • 能階躍遷
  • Herzberg-Teller 耦合
  • 關鍵字(英)
  • energy terms diagram
  • Optical transmission spectra
  • Herzberg-Teller coupling
  • 摘要(中)
    本實驗利用物理汽相沉積法,藉由控制成長時間、基板與粉末端溫度,製備不同結晶性和厚度的 C60 多晶薄膜。同時利用掃描式電子顯微鏡觀測薄膜表面形貌與厚度,使用 X-ray 繞射分析薄膜之結晶性,並於變溫條件 (30 ~ 300 K) 下量測光穿透頻譜 (1.64 ~ 2.07eV)來探討電子吸收光後的躍遷行為。由實驗結果可得知 C60 薄膜顆粒大小 (R) 隨薄膜厚度 (L) 之變化關係大致可區分為三部份。當開始成長時,R 會隨 L 變厚而增大,且遵循 R  L0.72 之關係式。直到 L 約介於1 ~ 2 μm 時, R 會趨近飽和於1 μm,此時 C60 顆粒已經覆蓋滿 ITO 表面。若持續成長,則遵循 R  L0.91 之關係式,直到 L 約為 10 ~ 20 μm 時,R 會再度趨近飽和。若再持續成長,則遵循 R  L1.18 之關係式。另外,由膜厚 5 ~ 20 μm 的 C60 薄膜光穿透頻譜可觀測得三對吸收峰,分別為:Ea = 1.848 eV 及 Ea' = 1.880 eV、Eb = 1.940 eV 及 Eb' = 1.968 eV、與 Ec = 2.016 eV 及 Ec' = 2.045 eV。再由膜厚 20 ~ 50 μm 的 C60 薄膜光穿透頻譜可觀測得四根吸收峰,分別為:E1 = 1.688 eV、E2 = 1.719 eV、E3 = 1.741 eV、及 E4 = 1.777 eV。這些有關 C60 有機分子固體的光學吸收峰值變
    化,可由Herzberg-Teller 耦合 (即電子與分子的振動模態之作用) 來解釋。基於上述的觀測結果,本文因此提出一個有關固態 C60 分子材料之能階躍遷模型。本躍遷模型假設 C60 多晶薄膜之價電子帶與傳導帶是分別由 S0 與S1 能階經 Davydov 分裂而組成,故 S0 至 S1 的起始躍遷能量即對應為能隙 (Eg)。所以,由變溫之光穿透頻譜可得一系列能隙隨溫度之變化 Eg(T)。最後,本文利用數值模擬來擬合及分析 C60 之 Eg(T),並探討 C60 多晶薄膜與 C60 單晶之
    Eg(T) 擬合參數之差異。


    摘要(英)
      In this study, by controlling source temperature, substrate temperature, and growth time, C60 polycrystalline films are prepared by physical vapor deposition. Meanwhile, the surface morphology, films thickness, degree of crystallinity, and optical absorption of the as-grown C60 polycrystalline films are characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and temperature-dependent optical transmission (with incident photon energies from 1.46 ~ 2.07 eV), respectively. Based on the experimental results from C60 polycrystalline films, the variation of averaged grain size (R) versus film thickness (L) can be categorized by three regimes. At the very beginning, R varies with L following the equation: R  L0.72. As L approaches 1 ~ 2 μm, R saturates around 1 μm and at this moment the ITO surface is completely covered by C60 polycrystalline grains. In the second regime, as the growth proceeds, R varies with L0.91 until L reaches 10 ~ 20 μm, and then R saturates around 10 μm again. In the third regime, R varies with L1.18. In addition, form the optical transmission spectra of C60 polycrystalline films with L = 5 ~ 20 μm, three pairs of absorption peaks can be resolved as Ea = 1.848 eV, Ea’ = 1.880 eV, Eb = 1.940 eV, Eb’ = 1.968 eV, Ec = 2.016 eV, and Ec’ = 2.045 eV. Furthermore, four absorption peaks of E1 = 1.688 eV, E2 = 1.719 eV, E3 = 1.747 eV, and E4 = 1.777 eV can be recognized in the spectra of thick C60 polycrystalline films with L = 52 ~ 60 μm. These rich variations of absorption peaks can be explained by the Herzberg-Teller coupling (electronic-vibronic interaction) in this organic molecular solid. Then, an energy terms diagram is proposed for the band structure of solid C60 fullerite. This model assumes that the valence band and conduction band in this polycrystalline sample are composed by the Davydov splitting from molecular levels of S0 and S1, respectively. So, the energy bandgap (Eg) is defined and then Eg(T) is performed for this solid C60 fullerite. Finally, from a numerical fit of Eg(T) to O’Donnell-Chen equation, the fitting parameters are obtained for these C60 polycrystalline thick-films, and a comparison of these fitting
    parameters to those obtained from C60 single crystals is made.


    指導教授
  • 邱寬城 Kuan-Cheng Chiu
  • 繳交日期 2009-02-05


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