此一研究為使用X-光反射率以及高解析X-光繞射方式來觀察藉由原子沉積系統所成長於藍寶石基板上的氧化鋅薄膜結構。如同我們所知道的，X-光反射率以及高解析X-光繞射的量測用於探索薄膜結構資訊是非常理想且適用的，例如膜的厚度、粗糙度以及密度。在此研究當中，所量測出來的表面與介面形態特徵會與氧化鋅薄膜的厚度有關係，並且觀察出在每塊研究的薄膜中，於藍寶石基板與氧化鋅薄膜之間都存有一層介面層。從phi掃描的量測，也呈現出每塊樣品都具有六角型對稱特性。

Using x-ray reflectivity and high resolution x-ray diffraction, I report the structural studies of ZnO thin films which were epitaxially grown on sapphire from few to thousands atomic layers by atomic layer deposition (ALD). As well known, x-ray reflectivity and diffraction measurements are ideal for probing the structural information of films, such as the thickness, roughness and densities of layers. In this study, I measured the surface and interface morphological characteristics as a function of thickness of ZnO films. I also observed the existence of a diffusion layer between the substrate and ZnO film in all the studied films. From the phi-scan, all the samples shows the hexagonal symmetry.

目錄
第一章 前言----------------------------------------------1
1-1 X-ray的來源以及特性----------------------------------1
1-2 同步輻射介紹-----------------------------------------6
1-2-1什麼是同步輻射光------------------------------------6
1-2-2 同步輻射研究站-------------------------------------6
1-3 樣品簡介--------------------------------------------12
第二章  X光之基本理論-----------------------------------15
2-1 X光基本繞射條件-------------------------------------15
2-2 倒晶格空間------------------------------------------18
2-3 晶體體系--------------------------------------------21
2-4 結構因子--------------------------------------------25
2-5 反射率----------------------------------------------27
2-5-1 反射率介紹----------------------------------------27
2-5-2 反射率原理----------------------------------------28
第三章  實驗儀器與實驗方式------------------------------35
3-1 實驗儀器簡介----------------------------------------35
3-1-1 繞射儀--------------------------------------------35
3-1-2 SPEC軟體------------------------------------------37
3-1-3 偵測器--------------------------------------------38
3-2 實驗方法--------------------------------------------39
3-2-1 實驗設置與校正------------------------------------39
3-2-2 反射率量測----------------------------------------42
3-2-3 晶格定向------------------------------------------43
3-2-4 高解析繞射----------------------------------------44
3-2-5 搖擺曲線------------------------------------------45
第四章  實驗數據以及分析結果----------------------------46
4-1 樣品類型--------------------------------------------46
4-2 實驗數據--------------------------------------------47
4-2-1 反射率數據----------------------------------------47
4-2-2 高解析繞射數據------------------------------------54
4-2-3 搖擺曲線數據--------------------------------------61
4-3 數據模擬分析----------------------------------------66
4-3-1 擬合結果------------------------------------------66
4-3-2 模擬結果討論--------------------------------------72
4-4 薄膜結構觀測----------------------------------------73
4-5 晶格常數計算與比較----------------------------------74
4-6 平面掃描圖------------------------------------------76
4-7 結論------------------------------------------------79
參考文獻------------------------------------------------80
表目錄
表（2.3.1）：晶體體系與布拉維晶格-----------------------23
表（2.3.2）：不同晶體體系的原子面表示式-----------------24
表（4.3.1）：Fitting result-XRR ZnO-50 cycles-----------67
表（4.3.2）：Fitting result-XRR ZnO-75 cycles-----------68
表（4.3.3）：Fitting result-XRR ZnO-165 cycles----------69
表（4.3.4）：Fitting result-XRR ZnO-330 cycles----------70
表（4.3.5）：Fitting result-XRR ZnO-500 cycles----------71

圖目錄
圖（1.1.1）：陰極射線管示意圖----------------------------1
圖（1.1.2）：X光產生示意圖-------------------------------3
圖（1.1.3）：特徵波長與濾光片----------------------------4
圖（1.2.1）：同步輻射光示意圖----------------------------6
圖（1.2.2.1）：NSRRC加速器示意圖-------------------------7
圖（1.2.2.2）：wiggler磁鐵-------------------------------9
圖（1.2.2.3）：undulator磁鐵----------------------------10
圖（1.3）：纖維鋅礦（Wurtzite）結構圖-------------------13
圖（2.1.1）：勞厄繞射圖---------------------------------15
圖（2.1.2）：布拉格繞射圖-------------------------------16
圖（2.2.1）：Ewald sphere-------------------------------20
圖（2.3.1）：布拉維晶格（Bravais Lattices）-------------22
圖（2.5.1）：GaN/sapphire – XRR------------------------27
圖（2.5.2.1）：異質介面之折射與反射光路徑圖-------------29
圖（2.5.2.2）：XRR-Different roughness------------------32
圖（2.5.2.3）：XRR-Different thickness------------------33
圖（2.5.2.4）：XRR-Different Density--------------------33
圖（2.5.2.5）：XRR-Different wavelength-----------------34
圖（3.1.1）：繞射儀-------------------------------------36
圖（3.1.3）：偵測器-------------------------------------38
圖（3.2.1.1）：實驗設置圖-------------------------------39
圖（3.2.1.2）：針尖校正（1）----------------------------40
圖（3.2.1.3）：針尖校正（2）----------------------------41
圖（3.2.1.4）：針尖校正（3）----------------------------41
圖（3.2.2）：樣品表面調平-------------------------------42
圖（3.2.3）：晶體向量圖---------------------------------43
圖（3.2.5）：搖擺曲線示意圖-----------------------------44
圖（4.2.1.1）：ZnO XRR-25 cycles------------------------47
圖（4.2.1.2）：ZnO XRR-50 cycles------------------------48
圖（4.2.1.3）：ZnO XRR-75 cycles------------------------49
圖（4.2.1.4）：ZnO XRR-165 cycles-----------------------50
圖（4.2.1.5）：ZnO XRR-330 cycles-----------------------51
圖（4.2.1.6）：ZnO XRR-500 cycles-----------------------52
圖（4.2.1.7）：ZnO XRR-1000 cycles----------------------53
圖（4.2.2.1）：ZnO HRXRD-25 cycles----------------------54
圖（4.2.2.2）：ZnO HRXRD-50 cycles----------------------55
圖（4.2.2.3）：ZnO HRXRD-75 cycles----------------------56
圖（4.2.2.4）：ZnO HRXRD-165 cycles---------------------57
圖（4.2.2.5）：ZnO HRXRD-330 cycles---------------------58
圖（4.2.2.6）：ZnO HRXRD-500 cycles---------------------59
圖（4.2.2.7）：ZnO HRXRD-1000 cycles--------------------60
圖（4.2.3.1）：ZnO Rocking curve-25 cycles--------------61
圖（4.2.3.2）：ZnO Rocking curve-165 cycles-------------62
圖（4.2.3.3）：ZnO Rocking curve-330 cycles-------------63
圖（4.2.3.4）：ZnO Rocking curve-1000 cycles------------64
圖（4.2.3.5）：ZnO Rocking curve-All--------------------65
圖（4.3.1.1）：Leptos ----------------------------------66
圖（4.3.1.2）：Fitting result-XRR ZnO-50 cycles（error）
--------------------------------------------------------67
圖（4.3.1.3）：Fitting result-XRR ZnO-50 cycles（correct）
--------------------------------------------------------67
圖（4.3.1.4）：Fitting result-XRR ZnO-75 cycles（error）
--------------------------------------------------------68
圖（4.3.1.5）：Fitting result-XRR ZnO-75 cycles（correct）
--------------------------------------------------------68
圖（4.3.1.6）：Fitting result-XRR ZnO-165 cycles（error）
--------------------------------------------------------69
圖（4.3.1.7）：Fitting result-XRR ZnO-165 cycles（correct）
--------------------------------------------------------69
圖（4.3.1.8）：Fitting result-XRR ZnO-330 cycles（error）
--------------------------------------------------------70
圖（4.3.1.9）：Fitting result-XRR ZnO-330 cycles（correct）
--------------------------------------------------------70
圖（4.3.1.10）：Fitting result-XRR ZnO-330 cycles（Zoom In）
----------------------------------------------------70
圖（4.3.1.11）：Fitting result-XRR ZnO-500 cycles（error）
--------------------------------------------------------71
圖（4.3.1.12）：Fitting result-XRR ZnO-500 cycles（correct）
---------------------------------------------71
圖（4.3.1.13）：Fitting result-XRR ZnO-500 cycles（Zoom In）
--------------------------------------------------------71
圖（4.4）：（1 0 1）ψ-scan ----------------------------73
圖（4.5.1）：lattice parameter of c---------------------75
圖（4.5.2）：lattice parameter of a、b------------------75
圖（4.6.1）：ZnO（50 cycles）-HRXRD mesh（2D）----------77
圖（4.6.2）：ZnO（50 cycles）-HRXRD mesh（3D）----------77
圖（4.6.3）：ZnO（165 cycles）-HRXRD mesh（2D）---------78
圖（4.6.4）：ZnO（165 cycles）-HRXRD mesh（3D）---------78

參考文獻
【1】 B.D.Cullity and S.R.Stock, 
     “Elements of X-ray diffraction”, Third edition.
【2】 Ü. Özgür,a_ Ya. I. Alivov, C. Liu, A. Teke,b_ M. A.
      Reshchikov,S.Doğan,c_ V. Avrutin,S.-J. Cho, and H. 
      Morkoçd_, ”A comprehensive review of ZnO materials
      and devices”, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 
      98, 041301 (2005)
【3】 劉毓凡（2008），碩士論文，淡江大學物理系研究所。
【4】 原子層沉積系統簡介來自國家實驗研究院-儀器科技研究中心
      網站。http://www.itrc.org.tw/Bulletin/News/ald.php
【5】 鄭光珮（2002），碩士論文，中正大學光電工程研究所。
【6】 X-ray Reflectivity Studies of Thin Film, Feng Huang,
      Ph. D.Center for Materials for Information 
      Technology. The University of Alabama,Tuscaloosa, AL 
      35487.June 2005
【7】 J.D.Jackson, “Classical Electrodynamics”, John 
      Wiley.
【8】 鄭程文（2002），碩士論文，清華大學物理系研究所。
【9】 Ullrich Pietsch Václav Holý Tilo Baumbach, 
     “High-Resolution X-Ray Scattering From Thin Films to
      Lateral Nanostructures”, Second edition.
【10】盧天惠，”X光繞射與應用”。
【11】吳泰伯&許樹恩，”X光繞射原理與結構分析”，行政院國家
      科學委員會精密儀器發展中心。
【13】Parratt,L.G & Hempstead,C.F.1954）,Phys.Rev.94,1953-
      1600
【14】G. Bauer and W. Richter, Optical Characterization of 
      Epitaxial Semiconductor Layers, p.373 (Springer-
      Verlag, Berlin, (1996).
【15】Bunn ,Proc. Phys. Soc. London 47, 836 (1935)
【16】J. E. Jaffe and A. C. Hess, Phys. Rev. B 48, 7903 
      (1993).
【17】Daniel Hofstetter, Laurent Despont, M. Gunnar 
      Garnier, Esther Baumann, Fabrizio R. Giorgetta, and  
      Philipp Aebi, APPL. Phys. Lett. 90, 191912 (2007)