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系統識別號 U0002-1108201015472300
中文論文名稱 熱效應與表面帶電分子吸附改變蕭特基能障之研究
英文論文名稱 Study on the Schottky barrier height varies in the thermal and the charged molecules adsorption effect
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 物理學系碩士班
系所名稱(英) Department of Physics
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 李昀儒
研究生英文姓名 Yun-Ju Lee
學號 697210259
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-07-16
論文頁數 50頁
口試委員 指導教授-葉炳宏
委員-錢凡之
委員-吳文偉
中文關鍵字 奈米線  奈米元件  氣體感測  氧化鋅  一氧化碳  蕭 特基接觸  蕭特基能障 
英文關鍵字 nanowire  nanodevice  gas sensor  nanosensor  Schottky contact  Schottky barrier  ideality factor  ZnO  carbon monoxide 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 本論文提出一新穎氣體感測機制,其原理在於利用奈米線之高表面積-體積比,搭配金屬與半導體間之蕭特基接觸,達到對氣體之超高感測靈敏度。載子在蕭特基接面間之傳輸主要受蕭特基能障高度之影響,而蕭特基能障容易受到熱效應與表面帶電分子吸附影響,因此本論文深入探討蕭特基能障受熱效應與帶電分子吸附而改變之機制。
本實驗結果顯示:在熱效應部分,隨著元件操作溫度之提升,蕭特基元件之基本電性將由蕭特基接觸之整流特性轉變為歐姆接觸之非整流特性,此因高溫提高載子之能量而輕易越過蕭特機能障;而在帶電分子吸附部分:氧化鋅奈米線/鉑接面之蕭特基能障會因帶電分子之吸附而變化。實驗結果亦顯示元件之感測靈敏度取決於蕭特基能障之變化程度。本研究之實驗結果顯示,奈米蕭特基接觸元件,對氧氣與一氧化碳的檢測能力分別為3,250% 與 32,000%,此結果相對傳統奈米元件之檢測能力可說大幅提昇。
英文摘要 We has demonstrated a new gas detection methodology based on Schottky contacted (matel/semiconductor interface) using zinc oxide nanowire. Using the Schottky barrier height as a gate to control the current signal passing, which is sensitive effected by temperature variation and charged molecules adsorption. By the operative temperature changing and the different gas conditions sensing of Schottky contacted device, the mechanism of Schottky barrier height varied by thermal effect and charged molecules adsorption has been reported has been achieved, respectively.
First of all, the Schottky contacted device exhibited Ohmic characteristic under high temperature condition(above 200℃) due to high carrier energy which allowed carriers pass through the Schottky barrier easily. Secondly, the Schottky barrier height was varied when different molecules absorbed on the ZnO/Pt interface. Thirdly, the Schottky barrier height variations can be used as a high sensitive gas sensor nanodevice. By using the novel gas nanodevice, ultrahigh sensitivities of 3,250% and 32,000% for oxygen and carbon monoxide sensing, respectively.
論文目次 目錄
第一章 簡介……………………………………………………1
1-1…二十世紀的氣體感測材料……………………………….1
1-2…一維奈米結構………………………………………….…1
1-3…蕭特基接觸元件………………………………………….2
第二章 研究動機…………………………………………………3
第三章 實驗原理…………………………………………………6
3-1…蕭特基接觸……………………………………………….6
3-2…熱離子發射-擴散理論…………………………………...8
3-3…蕭特基元件之理想因子………………………………...10
3-4…影像力降低……………………………………………...11
第四章 實驗裝置與實驗方法……………………………….….13
4-1…氧化鋅奈米線的製備…………………………………...13
4-2…氣體感測元件的製備…………………………………...13
4-3…數據量測裝置…………………………………………...14
4-4…數據量測方式…………………………………………...14
第五章 實驗結果………………………………………………..16
5-1…歐姆接觸元件之氣體感測……………………………...16
5-2…溫度對蕭特基接觸元件之效應………………………...17
5-3…蕭特基接觸元件之氧氣感測…………………………...18
5-4…溫度與帶電分子吸附對蕭特基元件影響之分析……...19
5-5…歐姆接觸元件與蕭特機接觸元件之感測能力………...19
5-6…氧氣吸附對蕭特基能障提升之分析…………………...21
5-7…理想因子(ideality factor) ……………………………….23
5-8…逆向蕭特基元件感測一氧化碳……………………..…24
第六章 結論……………………………………………………..26
參考文獻…………………………………………………………..49
圖目錄
圖3-1 歐姆接觸特性曲線………………………………………..27
圖3-2 蕭特基接觸特性曲線……………………………………..27
圖3-3 金半接觸前之能帶圖……………………………………..28
圖3-4 金半接觸後之能帶圖……………………………………..28
圖3-5 熱平衡狀態下的載子傳輸………………………………..29
圖3-6 順向偏壓狀態下的載子傳輸……………………………..29
圖3-7 逆向偏壓狀態下的載子傳輸……………………………..29
圖3-8 熱離子發射示意圖………………………………………..30
圖3-9 熱游離場發射示意圖……………………………………..30
圖3-10 場發射示意圖…………………………………………....30
圖3-11 金屬表面和真空之間的能帶圖………………………....31
圖3-12 考慮影像力降低之蕭特基能障圖……………………....31
圖4-1 歐姆接觸元件…………………………………………......32
圖4-2 蕭特基接觸元件………………………………………......32
圖4-3探針量測系統………………………………………….......33
圖4-4 安捷倫B1500A半導體元件分析儀…………………........33
圖5-1 歐姆接觸元件之氣體感測結果…………………………..34
圖5-2 歐姆接觸元件之氣體感測機制圖……………………......34
圖5-3 蕭特基元件在氮氣條件下之電流-電壓特性曲線…….....35
圖5-4氮氣環境下實際電流值與理論電流值之差距對溫度的關係....35
圖5-5 蕭特基元件感測氧氣之電流-電壓特性曲線……...........36
圖5-6 溫度及氧氣吸附對蕭特基元件特性之影響機制............36
圖5-7 歐姆接觸元件感測氧氣之電流-時間曲線圖……………...37
圖5-8 順向蕭特基接觸元件感測氧氣之電流-時間曲線圖……...37
圖5-9 逆向蕭特基接觸元件感測氧氣之電流-時間曲線圖…......38
圖5-10 元件對氧氣之感測靈敏度………………………………38
圖5-11 氧氣吸附所提升之蕭特基能障高………………………39
圖5-12 蕭特基元件之理想因子對溫度的關係圖……………39
圖5-13 蕭特基元件置於氮氣環境之示意圖與能帶圖…………40
圖5-14 蕭特基元件感測氧氣之示意圖與能帶圖………………40
圖5-15 蕭特基元件感測一氧化碳之示意圖與能帶圖…………40
圖5-16 元件操作在150oC之一氧化碳感測電流-時間圖……..41
圖5-17 元件操作在150oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….41
圖5-18 元件操作在175oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………42
圖5-19 元件操作在175oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….42
圖5-20 元件操作在200oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………43
圖5-21 元件操作在200oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….43
圖5-22 元件操作在225oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………44
圖5-23 元件操作在225oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….44
圖5-24 元件操作在250oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………45
圖5-25 元件操作在250oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….45
圖5-26 元件操作在275oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………46
圖5-27 元件操作在275oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….46
圖5-28 元件操作在300oC之一氧化碳感測電流-時間圖……………47
圖5-29 元件操作在300oC之一氧化碳對蕭特基能障高之改變圖….47
圖5-30 蕭特基元件感測一氧化碳之感測靈敏度……………………48
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