中子束于半導(dǎo)體薄膜材料之運(yùn)用 Applications of

中子束于半導(dǎo)體薄膜材料之運(yùn)用
Applications of neutron beam on semiconductor thin films
一、緣起與目的
本計(jì)劃于清華水池式反應(yīng)器（THOR）中子束，建立一條多功能之儀器測(cè)試中子
束，使其成為將來TRR-II 中子束研究計(jì)劃之教育訓(xùn)練、儀器測(cè)試、以及先導(dǎo)型實(shí)驗(yàn)之
場(chǎng)所。另外，我們亦建立分析數(shù)據(jù)之程序，以利了解由中子散射之值，獲得金屬薄膜
于半導(dǎo)體上密度厚度及接口粗糙度等信息。
計(jì)劃選定THOR-W3 中子束, 希望于TRR-II, 公元2006 年運(yùn)轉(zhuǎn)之際，能夠培養(yǎng)出
部分之儀器工程師可以使用，用戶人員培訓(xùn)也可以先于THOR之實(shí)驗(yàn)站實(shí)習(xí), 接受基
本訓(xùn)練后, 再行出國(guó)受訓(xùn)。以THOR之功率為2 MW, 雖未裝置冷中子源且為對(duì)準(zhǔn)爐心
之中子束，但是在國(guó)際上也有若干相似之原子爐建造中子束以供用戶從事中子散射之
實(shí)驗(yàn)，其中最成功的為荷蘭Delft 技術(shù)大學(xué)，擁有5條中子束，包括反射儀及中子自旋
回音等自行研發(fā)之新型設(shè)備儀具，發(fā)表之文獻(xiàn)也頗為可觀，其次為挪威Kjeller 原子爐
亦為2 MW, 加裝冷中子源具有5條中子束，美國(guó)Rhode-Island 大學(xué)之2 MW原子爐加
裝中子反射儀以及馬來西亞之1MW也加中子小角度散射儀。我國(guó)有20MWTRR-II
計(jì)劃初步也有三條中子光束線之計(jì)劃，目前以培訓(xùn)人才為當(dāng)務(wù)之急，THOR之中子束
之建立可以提供相當(dāng)之支持任務(wù)。其例子正如國(guó)內(nèi)同步輻射中心增頻磁鐵X光束線之
實(shí)驗(yàn)，宜以轉(zhuǎn)靶式X光機(jī)之光束線做為實(shí)驗(yàn)前之準(zhǔn)備, 人員訓(xùn)練以及儀具準(zhǔn)備與測(cè)試
之用，雖然兩者強(qiáng)度差1000 倍，但是若干重要之結(jié)果也因此罷有斬獲。THOR之中子
束約有107-108 n/cm2s之通率，雖然熱中子通量較將來之TRR-II少了約30倍，適當(dāng)?shù)?BR>設(shè)計(jì)及選擇研究題目亦大有可為。
國(guó)內(nèi)雖然仍有核能研究所之零功率反應(yīng)器（ZPRL, 30 kW）以及清大之移動(dòng)教學(xué)
式反應(yīng)器(THMER, 0.1W)，但是前者將于2006 年前退出所有核燃料，THMER正進(jìn)行
除役中。THOR延壽20 年正式提升其使用功能之時(shí)刻，THOR中子束培訓(xùn)之人才將
轉(zhuǎn)為TRR-II 之使用人才及儀器發(fā)展人才。THOR建立一條多功能之儀器測(cè)試中子束與
TRR-II 之能譜儀設(shè)置之目標(biāo)最大之不同: 在于TRR-II 中子散射儀器以單功能為主, 而
THOR之設(shè)計(jì)將以多功能且為模塊式之架構(gòu), 隨研究計(jì)劃之進(jìn)行而變更排列組合為
主。此一設(shè)計(jì)邏輯較單一功能之中子束更易于培育儀器人才而且總經(jīng)費(fèi)也得以降低。
THOR中子束位于理工大學(xué)城，數(shù)千名學(xué)生教授以及物理化學(xué)及材料之學(xué)者環(huán)伺，其
地理位置又較TRR-II為佳，初步之實(shí)驗(yàn)試車，試樣之準(zhǔn)備，相關(guān)設(shè)備之配合（如X
光機(jī)實(shí)驗(yàn)，高分子物理性質(zhì)測(cè)定儀具，薄膜分析儀器等），儀器之改進(jìn)與發(fā)展，問題解
決及咨詢，數(shù)據(jù)之分析，新觀念之饋集，對(duì)于學(xué)生及學(xué)者之長(zhǎng)時(shí)間投入均較TRR-II 為
優(yōu)。THOR建立一條多功能之儀器測(cè)試以及長(zhǎng)期從事先導(dǎo)型研究有其價(jià)值。目前THOR
以中子活化分析以及同位素制造為主，長(zhǎng)年來已成為例行運(yùn)轉(zhuǎn)之工作，有學(xué)術(shù)突破性
之研究工作之機(jī)會(huì)較少，核能工業(yè)之趨勢(shì)也無法鼓勵(lì)原科院之學(xué)生參與，然而BNCT
研究之進(jìn)行吸引了十余位研究生參與，延續(xù)了部分核子醫(yī)學(xué)的新生人才，同樣的，多
年來THOR中子束運(yùn)用于材料分析方面之工具建立上，過于零散設(shè)備凋零，未能有效
發(fā)揮其于固態(tài)物理及生化上之研究功能，導(dǎo)致研究生流失，造成今日TRR-II 中子束使
用人才缺乏，同時(shí)也造成物理界化學(xué)界以及材料界對(duì)于中子之運(yùn)用漠不關(guān)心。THOR
早日建立一條多功能之儀器測(cè)試中子束將可以解決部分問題，吸引研究生參與中子于
固態(tài)物理之研究工作。此一中子束之建立并不會(huì)造成THOR之負(fù)擔(dān)，40 年來THOR
之運(yùn)轉(zhuǎn)大部分之中子束管均以屏蔽塵封，貴重的中子為屏蔽吸收未曾運(yùn)用，亦為國(guó)家
投資之一項(xiàng)浪費(fèi)。THOR之延壽運(yùn)轉(zhuǎn)，除例行運(yùn)轉(zhuǎn)之外，培訓(xùn)核能運(yùn)轉(zhuǎn)人才之任務(wù)以
隨著核工系更名而逐漸消失，BNCT計(jì)劃成為THOR在國(guó)際具有競(jìng)爭(zhēng)力之研究，THOR
之多功能之儀器測(cè)試中子束若能發(fā)揮其新型儀具研發(fā)之功能測(cè)試新型中子光學(xué)儀器與
偵檢器亦將可以與荷蘭Delft 大學(xué)同樣具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。而于多功能之儀器測(cè)試中子束
之先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)測(cè)試下, 準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn), 將來于TRR-II 實(shí)驗(yàn)或世界各國(guó)申請(qǐng)到中子束之時(shí)
間, 成功機(jī)率也將大幅提高。