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系統識別號 U0002-2108201908412900
中文論文名稱 研究調控光、氣體以及濕度等變數對多晶結構奈米纖維材料之特性
英文論文名稱 Study on the Properties of Nano Polycrystalline Materials by Tuning Photo, Gas and Humidity Parameters
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 107
學期 2
出版年 108
研究生中文姓名 陳昱延
研究生英文姓名 Yu-Yan Chen
電子信箱 a900154111@yahoo.com.tw
學號 606210028
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2019-07-04
論文頁數 45頁
口試委員 指導教授-葉炳宏
委員-洪振湧
委員-吳文偉
中文關鍵字 氧化鋅  奈米纖維  多晶結構  光感測  氣體感測 
英文關鍵字 ZnO Nanofiber  Polycrystalline structure  Photo sensing  Gas sensing 
學科別分類 學科別自然科學物理
中文摘要 本實驗使用多晶氧化鋅奈米纖維構成高靈敏度的光、氣體之半導體感測元件,並利用電訊號分析儀量測此元件在改變環境參數(如照光、通入氣體、改變濕度等)之電流訊號響應,以探討材料中之缺陷結構的性質。
光感測之實驗數據成功證明多晶結構之半導體材料除了能夠吸收對應其材料能隙之能量的光波,亦能透過因缺陷而在材料能隙間形成之能態以吸收能量較低之光波,激發電子躍遷至材料之導電帶,並使載子濃度上升。此外,分析氣體感測之實驗數據可了解到經照光而產生大量光電子的多晶氧化鋅奈米纖維感測元件對一氧化氮氣體有良好的感測能力。將元件置於一般大氣中感測氣體時,其對一
透過本實驗之數據,期許未來能夠早日將多晶氧化鋅奈米纖維之電性感測元件應用於生物、醫療(如哮喘)等用途。
英文摘要 In this work, we demonstrared the room temperature NO gas detection ability by using polycrystalline ZnO nanofibers (poly-ZnO NFs) device. The poly-ZnO NFs which were made by electron-spinning system. The structure of these nanofibers can be analyzed by scanning electron microscope system and Raman spectroscopy. In the NO gas detection test, we studied electrical properties of NO gas detection different relative humidity and various lighting conditions. The results show the different NO gas detection ability of the ZnO nanofibers at different environment in the chamber. Through the various parameters controlling, such as humidity and light illumination, the NO gas adsorption–desorption mechanism of the ZnO nanofibers can be studied. We hope to find the best way of NO gas sensing for commercial application, such as asthma detection.
論文目次
第一章 簡介 1
1.1 半導體感測器材料 1
1.2 半導體奈米材料 2
1.3 多晶結構奈米纖維 3
第二章 研究動機 5
第三章 元件製作與實驗方式 7
3.1 多晶氧化鋅奈米纖維的製備 7
3.2 奈米纖維的電性元件製備 9
3.3 電性量測系統與感測裝置 10
3.3.1 安捷倫B1500A半導體元件分析儀 10
3.3.2 可調式外光源系統 12
3.3.3 氣體流量控制系統 13
3.4 材料分析儀器 14
3.4.1 掃描式電子顯微鏡 14
3.4.1 拉曼光譜儀 15
第四章 實驗步驟與方法 16
4.1 材料分析 16
4.1.1 掃描式電子顯微鏡 16
4.1.2 拉曼光譜分析 16
4.2 基本電性分析 17
4.2.1 基本材料特性紫外光感測 17
4.2.2 基本材料特性多波段光感測 18
4.2.3 在不同光照條件下的一氧化氮氣體感測 18
4.2.4 在不同環境濕度下的一氧化氮氣體感測 19
第五章 數據分析與感測機制 20
5.1 材料分析 20
5.1.1 多晶氧化鋅奈米纖維之掃描式電子顯微鏡分析 20
5.1.2 多晶氧化鋅奈米纖維之拉曼光譜訊號分析 21
5.2 基本電性分析 22
5.2.1 基本材料特性紫外光感測 23
5.2.2 基本材料特性多波段光感測 24
5.2.3 在不同光照條件下之一氧化氮氣體感測 26
5.2.3 在不同環境濕度下的一氧化氮氣體感測 29
第六章 結論與未來展望 40
6.1 結論 40
6.2 未來展望 41
引用文獻 43

圖目錄
【圖1.1.1】半導體材料之光感測機制示意圖 1
【圖1.3.1】多晶氧化鋅奈米纖維之光感測,電流-時間 特性曲線 4
【圖 3.1.1】靜電紡絲法示意圖 8
【圖3.1.2】高溫爐管退火示意圖 8
【圖3.2.1】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件製程示意圖 9
【圖3.2.2】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件 10
【圖3.3.1】安捷倫B1500A半導體元件分析儀 10
【圖3.3.2】四點探針量測系統 11
【圖3.3.4】市售型EHE LED與對應波長的發光光譜19-23 12
【圖3.3.4】氣體流量控制系統及氣體鋼瓶 13
【圖3.4.1】場發射式電子顯微鏡搭配陰極射線激發放光光譜儀 14
【圖3.4.2】拉曼光譜儀與其搭配的量測系統 15
【圖5.1.1】多晶氧化鋅奈米纖維的掃描式電子顯微鏡觀測圖 20
【圖5.1.2】 多晶氧化鋅奈米纖維於真空及一氧化氮氣體環境下之拉曼光譜 21
【圖5.2.1】多晶氧化鋅奈米纖維的基本電性電流-電壓(I-V)圖 22
【圖5.2.2】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件365 nm紫外光感測 23
【圖5.2.2】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之多波段光感測 24
【圖5.2.3】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之多波段光感測機制示意圖 25
【圖5.2.4】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在暗室以 及紫外光環境下之一氧化氮氣體感測 26
【圖5.2.5】一氧化氮氣體分子之吸附及脫附反應機制示意圖 27
【圖5.2.6】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在可見光環境下 28
【圖5.2.7】氧化鋅與水分子產生表面化學反應示意圖 29
【圖5.2.8】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在紫外光照射 及一般大氣下之一氧化氮氣體感測 30
【圖5.2.9】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在紫外光照射 及不同相對濕度之一般大氣下的一氧化氮氣體感測 31
【圖5.2.10】熱平衡狀態下之電子-電洞對的產生與複合 32
【圖5.2.11】照光狀態下之電子-電洞對的產生與複合 33
【圖5.2.12】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在紫外光照射 及不同相對濕度之一般大氣下的一氧化氮氣體感測 36
【圖5.2.13】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件在未照光之熱平衡下(左)以及進行紫外光感測並達飽和時(右)之電流值-時間圖 37
【圖6.1.1】晶氧化鋅奈米纖維電性元件紫外光感測數據圖 40

表目錄
【表5.2.1】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之總電流變化速率 36
【表5.2.2】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之光電流變化速率 37
【表5.2.3】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之超量電流值 38
【表5.2.4】多晶氧化鋅奈米纖維電性元件之少數載子生命期 38

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23. 【EHE】3H0R7 - 580 nm IR 紅外線 LED,Spectrum (2017)。
檢自https://goods.ruten.com.tw/item/show?21752512391446 (2019)
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