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1、傅立葉轉換紅外線光譜儀Fourier Transform Infrared Spectroscopy 指導教授:吳坤憲學生:賴逸群劉彥伸鄭韋治簡述l近年来FTIR較多在化學研究和化學分析領 域。其中红外線波段的半導體材料和器件 研究工作發展很快，與其他一些領域的應 用相比，中红外波段的半導體材料和儀器 研究中之FTIR方法有一些較特殊的要求， 也更重視發射光譜的量測。 紅外光譜簡述l一般定義是指波長在可見光（0.78m）和微波（25m ）間的電磁波。從微觀的角度來看，分子是隨時保持著 振動或轉動，若吸收適當頻率的紅外光，會使躍升為激 發態的分子，所以可以透過紅外光譜來瞭解分子的結構 ，作為鑑定
2、分子結構的工具。紅外光檢測對於樣品來說 ，是屬於一種非破壞性的分析，紅外吸收光譜法 (Infrared Absorption Spectrometry ， IR) l是以一定波長的紅外光照射物質時，若該 紅外光的頻率能滿足物質分子中某些基因 振動能級的躍遷頻率條件，則該分子就吸 收這一波長的紅外光輻射能量，而由能量 較低的基態振動躍遷到較高的能級的激發 態振動能級。檢測物質分子對不同波長紅 外光吸收強度，就可以得到該物質的紅外 吸收光譜圖。傅立葉變換簡介傅立葉變換儀器傅立葉變換頻譜圖頻譜圖測定干涉曲線麥克遜遜干涉儀傅立葉變換時域譜與頻域譜的對應關係傅氏光譜儀主要元件l光源l光圈l邁克遜干涉儀l
3、分光片l氦氖雷射l檢測器傅氏轉換紅外線光譜儀（FTIR）AVATAR 360 FT-IR軟體檢測器l量子式的工作原理是電子能接收紅外光的能量，從價帶 躍升至傳導帶。因此具有快速接收及靈敏度高的優點， 但受限於波長範圍及需用液氮冷卻;故以熱輻射檢測器較 普遍使用。 l利用紅外光譜儀的量測，一般可分為穿透和反射兩類， 我們常藉由紅外光束穿過待測物質而獲得其穿透或吸收 光譜，但是當碰到不透光的樣品（如金屬板）或在某些 光區不透光的樣品（如玻璃）中，因紅外光不穿透，無 法由穿透光譜瞭解其振動結構，因此我們進行反射光譜 的量測，以獲得其結構的振動光譜。 麥克遜干涉儀l工作原理是以干涉條 紋經傅利葉轉換後
4、得 出易懂的圖譜。由一 可動的面鏡由步進馬 達控制。所使用的分 光鏡可各穿透百分之 五十及反射百分之五 十的入射光。兩光束干涉麥克遜干涉儀原理傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖探測器放大濾波器A/DD/A干涉儀樣品干涉圖紅外光譜圖紅外光譜法對試樣的要求 l (1)紅外光譜的試樣可以是液體、固體或氣體，一般 應要求試樣應該是單一組份的純物質，純度應98% 或符合商業規格，才便於與純物質的標準光譜進行對照 。l (2)試樣中不應含有游離水l (3)試樣的濃度和測試厚度應選擇適當，以使光譜圖中 的大多數吸收峰的透射比處於10%80%範圍內。紅外光譜測定中的樣品處理技術 l1 .氣體樣品l2 .液體和溶液
5、樣品 : l(1)液體池法 (2)液膜法 l3 固體試品:l(1)壓片法 (2)石蠟糊法(3)薄膜法水平式結構MIS(Metal-Insulator- Semcomductor)太陽能電池所使用的基版是絕緣的GaAs晶圓片，並 用MBE在其上成長CuInSe2或CuGaSe2化 合物半導體薄膜，再利用液相沉積法成長 一層二氧化矽(SiO2)，再利用濺鍍法濺鍍 一層Mo金屬，以製造出液相沉積法-MIS 太陽能電池液相沉積法l傅立葉轉換紅外光譜儀l橢圓儀l掃描式電子顯微鏡(SEM)l穿透式電子顯微鏡(TEM)l光學顯微鏡(OM)SiO2薄膜的鍍製l由Nagayama等人提出液相沉積法，沉積 溶液中
6、化學如下所示: H2SiF6+2H2O 6HF+SiOH3BO3+4HF BF-+H 3O+2H2OFTIR量測在In-rich之CulnSe2上，用LPD法在 不同濃度下成長SIO2T的鍵結曲線變化溶液濃度表較快的沉積速率所使用的溶液表較佳絕緣體層折射率所需使用的溶液表FTIR優於色散式系統光譜儀的特點 l掃描速度快。l高分辨率 。l靈敏度高。結論現代紅外光譜議是以傅立葉變換為基礎的 儀器。該類儀器不用棱鏡或者光柵分光， 而是用干涉儀得到干涉圖，採用傅立葉變 換將以時間為變數的干涉圖變換為以頻率 為變數的光譜圖。傅立葉紅外光譜儀的產 生是一次革命性的飛躍。ENDHT-7光學多通道分析儀工作原
7、理為什麼為傅立葉轉換光譜儀為非破壞性Ans:樣品在進行紅外光譜量測之後，並不會 造成原本結構的破壞或改變。l光圈和光源 l用來控制光過的量，避免檢測器負載過大 ，另外可限制光通過樣品的角度。 l依實驗所需之波長範圍來選用不同光源。 l氦氖雷射 l儀器中的低功率氦氖雷射，是作為傅氏轉 換時的參考光束，用於干涉條紋之記錄， 與紅外光所測得的干涉條紋做比較，以便 電腦做傅利葉轉換用。氣體樣品 l可在玻璃氣槽內進行測定，它的兩端粘有 紅外透光的NaCl或KBr窗片。先將氣槽抽 真空，再將試樣注入 液體和溶液試樣 （1）液體池法沸點較低，揮發性較大的試樣，可注入封 閉液體池中，液層厚度一般為0.011m
8、m 。 （2）液膜法 沸點較高的試樣，直接滴在兩片鹽片之間 ，形成液膜。 對於一些吸收很強的液體，當用調整厚度 的方法仍然得不到滿意的譜圖時，可用適 當的溶劑配成稀溶液進行測定。 固體試樣 （1）壓片法 將12mg試樣與200mg純KBr研細均勻， 置於模具中，用（510）107Pa壓力在 油壓機上壓成透明薄片，即可用於測定。 試樣和KBr都應經乾燥處理，研磨到粒度 小於2微米，以免散射光影響。 固體試樣（2）石蠟糊法 將乾燥處理後的試樣研細，與液體石蠟或 全氟代烴混合，調成糊狀，夾在鹽片中測 定。 （3）薄膜法主要用於高分子化合物的測定。可將它們 直接加熱熔融後塗制或壓制成膜。也可將 試樣溶解在低沸點的易揮發溶劑中，塗在 鹽片上，待溶劑揮發後成膜測定。FTIR量測範圍
