奈米檢測技術

序言　vii
編審委員　ix
作者　xi

第一章奈米科技概論　1
1.1前言　1
1.2奈米材料之特性　2
1.3奈米材料之結構　3
1.3.1奈米管　4
1.3.2奈米線　4
1.3.3量子點與量子井　5
1.3.4奈米孔洞材料　5
1.3.5奈米複合物　6
1.4製備技術　6
1.5應用領域　7
1.5.1奈米元件　7
1.5.2磁性元件　8
1.5.3光電元件　8
1.5.4生醫應用　9
1.5.5奈米材料其他應用　9
1.6結論　10
．參考文獻　10

第二章奈米檢測簡介13
2.1概述　13
2.2奈米尺寸與計量單位　14
2.3檢測項目　15
2.3.1尺寸、外觀、粒徑、膜厚及力學特性　15
2.3.2機械特性　15
2.3.3光學特性　16
2.3.4表面結構　17
2.3.5電性　18
2.3.6磁性　19
2.3.7能量　21
2.3.8量子效應　21
2.3.9生物醫學　23
2.4檢測與奈米科技發展關係　24
．參考文獻　24

第三章光子束檢測技術　27
3.1概述　27
3.1.1光的本質－波動與粒子的雙重性　27
3.1.2基於光學波動性質之光學顯微鏡　28
3.1.3影像技術鳥瞰　28
3.1.4突破繞射極限的光學顯微技術　29
3.1.5從空間解析到時間解析　32
3.1.6結語　33
3.2差動共焦顯微術　34
3.2.1基本原理　34
3.2.2技術規格與特徵　35
3.2.3應用與實例　42
3.2.4結語　51
3.3表面電漿子共振顯微術　51
3.3.1引言　52
3.3.2電漿子效應　54
3.3.3表面電漿子強化之螢光顯微術　57
3.3.4表面電漿子相位顯微術　60
3.3.5表面電漿子增強雙光子螢光顯微術　63
3.3.6結論　64
3.4非線性光學－多光子顯微術　64
3.4.1歷史沿革　64
3.4.2基本原理　65
3.4.3多光子顯微鏡的解析度　66
3.4.4應用與實例　67
3.4.5結論　71
3.5螢光光譜分析術　72
3.5.1基本原理　72
3.5.2技術規格與特徵　81
3.5.3螢光激發系統分類　86
3.5.4應用與實例　89
3.5.5結語　93
3.6拉曼光譜顯微術　94
3.6.1歷史　94
3.6.2基本原理　95
3.6.3共焦拉曼光譜顯微術　97
3.6.4掃描近場拉曼光譜顯微術　101
3.6.5探針增強拉曼光譜顯微術　103
3.6.6結論　107
3.7相調反史托克拉曼散射顯微術　108
3.7.1前言　108
3.7.2基本原理　110
3.7.3技術規格　113
3.7.4應用與實例　116
3.7.5結語　122
．參考文獻　122

第四章X 光檢測技術　131
4.1概述　131
4.2 X光繞射分析術　132
4.2.1基本原理　132
4.2.2影響 X光繞射峰的因素　135
4.2.3卷積理論　136
4.2.4技術規格與特徵　146
4.2.5應用與實例　146
4.2.6結語　148
4.3　X光吸收光譜分析術　148
4.3.1基本原理　148
4.3.2技術規格與特徵　153
4.3.3應用與實例　154
4.3.4結語　162
4.4X光光電子光譜法　162
4.4.1簡介　162
4.4.2束縛能　163
4.4.3光電子的動能　169
4.4.4儀器特徵　170
4.4.5光譜特徵　175
4.4.6定量分析　180
4.4.7縱深資訊　181
4.4.8結語　185
4.5小角度X光散射分析術　185
4.5.1基本原理　185
4.5.2技術規格與特徵　197
4.5.3應用與實例　200
4.5.4結語　202
4.6X光螢光分析術及X光全反射螢光光譜分析術　202
4.6.1基本原理　202
4.6.2技術規格與特徵　204
4.6.3應用與實例　209
4.6.4結語　210
4.7X光反射率測量法　211
4.7.1前言　211
4.7.2基本原理　212
4.7.3實驗方法　216
4.7.4程式模擬　218
4.7.5應用實例　222
4.7.6結語　225
4.8X光微聚焦光束技術　225
4.8.1前言　225
4.8.2X光光源　227
4.8.3X光聚焦光學元件　228
4.8.4微聚焦同步輻射光束線　233
4.8.5X光微聚焦光束之應用　236
4.8.6結語　244
．參考文獻　245

第五章離子束檢測技術　253
5.1概述　253
5.2二次離子質譜分析術　254
5.2.1基本原理　254
5.2.2技術規格與特徵　257
5.2.3應用與實例　260
5.2.4結語　267
5.3拉塞福背向散射分析術　268
5.3.1物理背景　268
5.3.2實驗裝置　269
5.3.3工作原理　270
5.3.4參考實例　274
5.3.5能量鑑別　276
5.3.6氫的偵測　277
5.3.7溝渠效應　279
5.3.8結語　283
5.4中能量離子散射分析術　284
5.4.1簡介　284
5.4.2基本原理　285
5.4.3儀器設備　288
5.4.4應用實例　291
5.4.5結語　294
5.5粒子誘發X光分析術　294
5.5.1基本原理　295
5.5.2儀器設備與量測　299
5.5.3應用與實例　303
5.5.4結語　313
．參考文獻　313

第六章電子束檢測技術　317
6.1概述　317
6.2掃描式電子顯微術　318
6.2.1基本原理　319
6.2.2技術規格與特徵　326
6.2.3應用與實例　326
6.2.4結語　328
6.3穿透式電子顯微術　328
6.3.1簡介　328
6.3.2儀器特徵　331
6.3.3影像的對比　336
6.3.4掃描穿透式電子顯微鏡　350
6.3.5結語　353
6.4能量散佈分析術　353
6.4.1前言　353
6.4.2 X光產生原理　353
6.4.3EDS儀器架構　354
6.4.4無感時間　357
6.4.5偽像　358
6.4.6效率　361
6.4.7 EDS量測模式　361
6.4.8定性分析　362
6.4.9定量分析　365
6.4.10能量散佈光譜儀之特徵　367
6.4.11EDS操作參數選擇　369
6.4.12EDS實際應用　370
6.4.13結語　372
6.5電子能量損失光譜分析術　372
6.5.1電子束與原子之間的作用　372
6.5.2EELS構造與偵測原理　373
6.5.3EELS能譜分析　375
6.5.4定量分析　377
6.5.5細微結構　379
6.5.6能量過濾穿透式電子顯微鏡　381
6.5.7空間解析度　384
6.5.8結語　385
6.6低能電子繞射分析術　385
6.6.1基本原理　385
6.6.2低能量電子繞射的理論　387
6.6.3低能量電子繞射的實驗技術　390
6.6.4應用與實例　393
6.6.5結語　395
6.7反射式高能電子分析術　395
6.7.1基本原理　396
6.7.2表面重組結構　399
6.7.3RHEED 振盪現象　400
6.7.4磊晶的應用　402
6.7.5結語　404
6.8奈米歐傑電子能譜表面分析技術　404
6.8.1表面分析的基本觀念　404
6.8.2歐傑電子能譜儀的基本觀念　408
6.8.3應用實例　411
6.9陰極螢光光譜分析術　413
6.9.1基本原理　413
6.9.2技術規格與特徵　414
6.9.3應用與實例　419
6.9.4結語　426
．參考文獻　426

第七章探針檢測技術　431
7.1概述　431
7.2掃描穿隧顯微術　432
7.2.1基本原理　432
7.2.2儀器結構　436
7.2.3超高真空低溫 STM　438
7.2.4場發射 STM　439
7.2.5應用實例　440
7.2.6結語　447
7.3原子力顯微術　448
7.3.1前言　448
7.3.2基本原理　449
7.3.3系統特徵與技術規格　452
7.3.4應用與實例　460
7.3.5結論　464
7.4近場光學顯微術　465
7.4.1基本原理與歷史　465
7.4.2儀器架構　467
7.4.3應用與實例　472
7.4.4新近發展　478
7.4.5結論　481
7.5磁力顯微術　483
7.5.1歷史介紹　483
7.5.2操作原理　484
7.5.3磁針與磁力來源　486
7.5.4磁力與磁力顯微鏡影像模式　492
7.6其他掃描探針顯微術　494
7.6.1電性掃描探針顯微術　494
7.6.2掃描電容顯微術　495
7.6.3掃描電流顯微術　503
7.6.4電力顯微術　508
7.6.5壓電力顯微術　509
7.6.6結語　512
．參考文獻　512

第八章其他檢測方法　519
8.1中子繞射散射儀　519
8.1.1中子繞射簡介　519
8.1.2技術規格與特徵　520
8.1.3基本原理　522
8.1.4應用與實例　525
8.1.5結語　528
8.2奈米壓痕儀　529
8.2.1基本原理　530
8.2.2技術規格與特徵　535
8.2.3應用與實例　538
8.2.4結語　546
8.3表面輪廓儀　547
8.3.1前言　547
8.3.2表面測量相關的發展　548
8.3.3探針型表面輪廓量測　549
8.3.4非接觸式表面形貌量測　552
8.3.5結論　557
8.4石英振盪器在奈米表面吸附分析之應用　558
8.4.1基本原理　558
8.4.2技術規格與特徵　560
8.4.3應用與實例　561
8.4.4結語　562
8.5微懸臂樑於奈微米檢測之應用　563
8.5.1微懸臂樑簡介　563
8.5.2微懸臂樑靜態測試　565
8.5.3微懸臂樑動態測試　572
8.5.4注意事項　577
8.5.5結論　580
8.6光散射法測定粒徑與 zeta 電位　580
8.6.1簡介　580
8.6.2光散射　581
8.6.3電泳光散射法　591
8.6.4結語　598
8.7BET 比表面積分析法　599
8.7.1簡介　599
8.7.2氣體吸附行為與等溫吸附脫附曲線　600
8.7.3BET 表面積的量測原理　603
8.7.4BET 理論適用之範圍　609
8.7.5快速估計材料表面積－單點法　609
8.7.6實際量測過程與注意事項　611
8.7.7結論　612
．參考文獻　612

第九章前瞻性奈米檢測技術　619
9.1結構顯微術　619
9.1.1遠場光學奈米顯微術　619
9.1.2原子探針斷層掃描　625
9.1.3高角度環狀暗場掃描穿透式電子顯微鏡斷層掃描　626
9.2結構特性分析術　627
9.2.1電子奈米繞射　627
9.3光學性質分析術　628
9.3.1近場掃描光學奈微術　628
9.3.2自旋體旋進的激發探測研究　628
9.3.3法拉第旋轉之時間解析　629
9.3.4發冷光的上轉換之時間分析　630
9.4彈性特性分析術　631
9.4.1侷限的聲頻聲子：低頻拉曼散射分析　631
9.4.2奈米團簇的振動態之同步激發－時間解析頻譜儀　632
9.5電子與電的特性分析術　633
9.5.1表面探針顯微技術　633
9.5.2延伸能量損失精細結構　635
9.5.3X光光電子能譜術微探針　635
9.6磁性特性分析術　636
9.6.1硬X光光激發　636
9.7結語　638
．參考文獻　638