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系統識別號 U0002-1508201113180900
中文論文名稱 多通道感測元件之操作機制與探討
英文論文名稱 Operating mechanisms and theoretical analyses of multi-channels sensor
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 99
學期 2
出版年 100
研究生中文姓名 董先晉
研究生英文姓名 Hsien-Chin Tung
學號 698210092
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2011-07-15
論文頁數 54頁
口試委員 指導教授-葉炳宏
委員-唐建堯
委員-吳文偉
中文關鍵字 氧化鋅  奈米線  奈米感測器  蕭特基接觸  蕭特基能障  紫外線感測器  氣體感測器 
英文關鍵字 Zinc oxide  nanowire  nanosensor  schottky contact  schottky barrier  UV sensor  gas sensor 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 近年來有學者指出蕭特基接觸奈米感測元件在紫外線、氣體與生
物感測上都可以提供很好的感測靈敏度。為了進一步使蕭特基接觸感
測元件在訊號輸出強度方面有有效的提升。本研究利用氧化鋅奈米線
製成多通道奈米感測元件,藉由通道與蕭特基電極端的增加,使感測
時的訊號輸出強度提升。在紫外線感測實驗中,多通道蕭特基接觸元
件不僅可以提升光電流輸出訊號,也保留了單通道蕭特基接觸元件在
元件操作上良好的穩定度。而在一氧化碳的感測實驗,甚至對5ppm
的氣體也能有很好的訊號辨識度。藉由研究多通道蕭特基接觸元件,
更能提升未來感測元件在實際應用可能性。
英文摘要 The Schottky-gate nanosensor has good sensitivities for UV, gas and biomolecule detection. To improve the current output level for commercial application, the multi-channels device was fabricated by using ZnO nanowire. With increasing the schottky-gate number, the sensitivity and current output of the signal were enhanced. For UV sensing, the current output of the Multi-channels devices were increasing and without degenerating the stability compare to the Single-channel
device. For gas sensing, 5ppm CO can be detected at 275℃. The
Schottky-gate nanosensor have great applications for gas and UV
detection by increasing the Schottky-gate number.
論文目次 目錄
第一章 簡介 1
1.1 感測材料的演進 1
1.2 一為氧化鋅奈米感測元件 2
第二章 研究動機 4
2.1 紫外線感測 4
2.2 氣體感測 6
2.3 奈米感測元件之實際應用可能性 8
第三章 實驗裝置與方法 10
3.1 單晶非催化氧化鋅奈米線製備 10
3.2 電性量測裝置 10
3.3 感測元件製備及基本電性量測 11
3.3.1 雙根氧化鋅奈米線多通道感測元件 11
3.3.2 單根氧化鋅奈米線多通道感測元件 12
3.4 UV感測實驗 14
3.5 氣體感測實驗 15
3.5.1 熱效應實驗 15
3.5.2 氧氣感測實驗 16
3.5.3 一氧化碳感測實驗 16
第四章 實驗結果與分析 20
4.1 基本電性量測數據分析與元件操作機制 20
4.1.1 雙根氧化鋅奈米線多通道感測元件 20
4.1.2 單根氧化鋅奈米線多通道感測元件 21
4.2 UV感測實驗數據分析與元件操作機制 24
4.2.1 單通道歐姆接觸元件UV感測操作機制 24
4.2.2 單通道蕭特基接觸元件UV感測操作機制 25
4.2.3 多通道單蕭特基接觸元件UV感測操作機制 26
4.2.4 多通道雙蕭特基接觸元件UV感測操作機制 26
4.2.5 各別元件光電流輸強度與穩定度比較 27
4.2.6 各元件回復速度比較 28
4.3 氣體感測實驗數據分析與元件操作機制 29
4.3.1 高溫時的熱載子效應 29
4.3.2 蕭特基接觸元件對氧氣分子的實驗數據分析與感測機制 30
4.3.3 蕭特基接觸元件對一氧化碳分子的實驗數據分析與感測機制 31
第五章 結論與未來展望 51
5.1 結論 51
5.2 未來展望 52
引用文獻 53

圖目錄
【圖2.1】不同波長下紫外線強度與紅般作用光譜曲線圖 9
【圖2.2】受紅斑光譜加權後的紫外線強度圖 9
【圖3.1】 VS成長方法示意圖 18
【圖3.2(a)】系統腔體。 18
【圖3.2(b)】腔體內部擺置試片的加熱平台與四點探針。 18
【圖3.3(a)】單通道蕭特基接觸元件結構示意圖。 19
【圖3.3(b)】雙根奈米線多通道元件結構示意圖。 19
【圖3.4(a)】單根奈米線多通道元件結構示意圖。 19
【圖3.4(b)】單根奈米線多通道元件之單通道歐姆接觸元件量測方式。 19
【圖3.4(c)】單根奈米線多通道元件之單通道蕭特基接觸元件量測方
式。 19
【圖3.4(d)】單根奈米線多通道元件之多通道單蕭特基接觸元件。 19
【圖3.4(e)】單根奈米線多通道元件之多通道雙蕭特基接觸元件。 19
【圖4.1】氧化鋅與白金產生金半接面之蕭特基能障圖。 33
【圖4.2】單通道蕭特基接觸元件與雙根奈米線蕭特基接觸多通道元件在-1-1伏特電壓區間下的訊號輸出結果。 33
【圖4.3】元件中各部分電阻與相對應的電子學元件示意圖。 33
【圖4.4】單通道歐姆接觸元件在-1-1伏特電壓區間下的訊號輸出結果。 34
【圖4.5(a)】逆偏壓操作下的單通道歐姆接觸元件電阻示意圖。 34
【圖4.5(b)】正偏壓操作下的單通道歐姆接觸元件電阻示意圖。 34
【圖4.6】單通道蕭特基接觸元件在-1-1伏特電壓區間下的訊號輸出結果。 35
【圖4.7(a)】逆偏壓操作下的單通道蕭特基接觸元件電阻示意圖。 35
【圖4.7(b)】逆偏壓操作下的單通道蕭特基接觸元件電阻示意圖。 35
【圖4.8】多通道單蕭特基接觸元件在-1-1伏特電壓區間下的訊號輸出結果。 36
【圖4.9(a)】逆偏壓操作下的多通道單蕭特基接觸元件電阻示意圖。
36
【圖4.9(b)】逆偏壓操作下的多通道單蕭特基接觸元件電阻示意圖。
36
【圖4.10】 多通道雙蕭特基接觸元件在-1-1伏特電壓區間下的訊號輸出結果。 37
【圖4.11 (a)】逆偏壓操作下的多通道雙蕭特基接觸元件電阻示圖。
37
【圖4.11(b)】逆偏壓操作下的多通道雙蕭特基接觸元件電阻示意圖。
37


【圖4.12(a)】黑暗環境下操作在逆偏壓下的單通道歐姆接觸元件。 38
【圖4.12(b)】UV環境下操作在逆偏壓下的單通道歐姆接觸元件。 38
【圖4.13】單通道歐姆接觸元件UV感測電流-時間訊號輸出。 38【圖4.14】氧化鋅奈米線表面效應。 39
【圖4.15(a)】黑暗環境下操作在逆偏壓下的單通道蕭特基接觸元件。
39
【圖4.15(b)】UV環境下操作在逆偏壓下的單通道蕭特基接觸元件。
39
【圖4.16】UV光源照射下操作於逆偏壓下蕭特基能障載子移動方向。
40
【圖4.17】單通道蕭特基接觸元件UV感測電流-時間訊號輸出。 40
【圖4.18(a)】黑暗環境下操作在逆偏壓下的多通道單蕭特基接觸元件。
41
【圖4.18(b)】UV環境下操作在逆偏壓下的多通道單蕭特基接觸件。
41
【圖4.19】多通道單蕭特基接觸元件UV感測電流-時間訊號輸出。 41
【圖4.20(a)】黑暗環境下操作在逆偏壓下的多通道雙蕭特基接觸元件。
42
【圖4.20(b)】UV環境下操作在逆偏壓下的多通道雙蕭特基接觸元件。
42

【圖4.21】多通道雙蕭特基接觸元件UV感測電流-時間訊號輸出。
42

【圖4.22】三種蕭特基元件各五次UV感測電流-時間訊號輸出。
43
【圖4.23】三種蕭特基接觸元件UV感測光電流增益比較圖。 43
【圖4.24】單通道歐姆接觸元件光電流50%達回復時間。 44
【圖4.25】單通道蕭特基接觸元件、多通道單蕭特基接觸元件與多通道雙蕭特基接觸元件光電流達50%回復時間。 44
【圖4.26】單通道歐姆接觸元件電流熱效應。 45
【圖4.27】蕭特基能障的熱載子效應。 45
【圖4.28】單通道蕭特基接觸元件電流熱效應。 46
【圖4.29】多通道單蕭特基接觸元件電流熱效應。 46
【圖4.30】多通道雙蕭特基接觸元件電流熱效應。 47
【圖4.31】 單通道歐姆接觸與多通道雙蕭特基接觸元件氧氣感測結果。 47
【圖4.32】氧氣分子對蕭特基能障的影響。 48
【圖4.33】一氧化碳分子對蕭特基能障的影響。 48
【圖4.34】單通道蕭特基接觸元件40-320ppm一氧化碳感測結果。
49
【圖4.35】多通道雙蕭特基接觸元件40-320ppm一氧化碳感測結果。
49
【圖4.36】低濃度一氧化碳5與10 ppm感測結果。 50
【圖4.37】一氧化碳各濃度電流訊號輸出圖。 50
【圖5.1】N個通道與蕭特基接觸電阻並聯電阻模型 52
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