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研究生： 林致廷
Lin, Jr-Ting
論文名稱： 多孔性氧化鋅奈米線陣列之抗反射與可見光感測性質
Visible Light Photodetection and Antireflection Property of Porous ZnO Nanowire Arrays
指導教授： 劉全璞
Liu, Chuan-Pu
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 工學院 - 材料科學及工程學系
Department of Materials Science and Engineering
論文出版年： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 81
中文關鍵詞： 多孔性氧化鋅奈米線 、抗反射 、可見光感測
外文關鍵詞： Porous ZnO nanowires, Antireflection, Visible light photodetection, photodetector
相關次數： 點閱：125  下載：8 
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    • 本研究主要是探討多孔性氧化鋅奈米線陣列對於可見光之感測性質以及材料本身抗反射能力。多孔性氧化鋅奈米線製程主要分兩個步驟，首先氧化鋅奈米線製程主要是利用水熱法(Hydrothermal method)成長，接著再以高溫爐管氫氣退火，以退火時間當作實驗變因，使氧化鋅奈米線表面產生孔洞，利用掃描式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy,SEM)觀察退火時間對於奈米線表面孔隙率、直徑、長度等影響，接著探討孔洞形成的機制;在光學分析上，以紫外光/可見光分光譜儀(UV-vis Spectrophotometer)來量測不同表面孔隙率氧化鋅奈米線之光學性質，由量測結果可知當表面孔隙率越高時，其吸收度會越高，且吸收範圍延伸至可見光的波段，此外穿透率以及反射率會因此降低，其中反射率最低可以低達5%以下，故我們可稱多孔性氧化鋅具有抗反射效果，其造成反射率降低的原因為多孔性氧化鋅的結構具有漸變式折射率的特性，接著以陰極發光光譜儀(Cathodoluminescsnce, CL)來觀察材料之發光特性，由結果得知，當氫氣退火時間增加時，其缺陷發光的強度會增加，可以推知氫氣退火會使材料內部缺陷濃度上升，最後以不同波長之可見光來進行多孔性氧化鋅奈米線的可見光感測，由結果可以推論出兩種貢獻光電流的機制，未處理氧化鋅光電流的貢獻主要來自氣體吸脫附，可見光能量要足夠打斷氧與氧化鋅鍵結才能夠使氧氣脫附進而貢獻光電流;而多孔性氧化鋅因在氫氣退火時會使表面的氧氣脫附以及表面鈍化，故光電流的貢獻主要來自缺陷能階躍遷，在長波長可見光(如黃光以及紅光)感測中，未處理氧化鋅幾乎沒有光響應，而多孔性氧化鋅的依然維持一定程度的光響應，多孔性氧化鋅在未來可見光感測的領域有很大的潛力。

    This study investigates visible light photodetection properties of porous ZnO nanowire arrays (PZNA) synthesized by hydrothermal method followed by annealing in hydrogen/argon mixed atmosphere. Scanning electron microscopy images clearly show that the surface porosity increases as increasing annealing time, which is accompanied by the luster change from white to dark-brown. From ultraviolet-visible spectrometry analysis, we learn that the absorbance of the PZNA in the visible light region increases while the reflectance decreases as increasing annealing time. The pores of the PZNA are created by hydrogen etching from top with a gradient distribution, resulting in graded refractive index for the observed antireflection effect. The CL spectra suggest more oxygen defects in PZNA than as-grwon ZnO nanowires. With the above properties, we first demonstrate the great photodetection performance in visible light region from blue to red can be achieved by using the PZNA.

    中文摘要 I Extended abstract II 誌謝 IX 目錄 X 表目錄 XII 圖目錄 XII 第1章 前言與研究目的 1 1.1 前言 1 1.2 研究動機與論文架構 5 第2章 文獻回顧與介紹 7 2.1 氧化鋅簡介 7 2.2 水熱法成長氧化鋅奈米結構簡介 10 2.3 氫氣與氧化鋅的交互作用 14 2.4 抗反射(Antireflection)性質 18 2.5 氧化鋅的光感測器應用 24 第3章 實驗步驟與分析儀器 30 3.1 實驗流程與設計 31 3.2 多孔性氧化鋅奈米線成長 32 3.2.1 基板清洗 32 3.2.2 水熱法(Hydrothermal method)成長氧化鋅奈米線 32 3.2.3 氫氣退火形成多孔性氧化鋅奈米線 32 3.3 實驗儀器 33 3.3.1 高溫退火爐管 33 3.3.2 精密離子蝕刻鍍膜系統 (Precision Etching Coating System, PECS) 34 3.3.3 高解析掃描式電子顯微鏡(High Resolution Scanning Electron Microscope, HR-SEM) 35 3.3.4 陰極激發光譜儀(Cathodoluminescsnce, CL) 37 3.3.5 紫外光可見光/近紅外光分光光譜(UV/VIS/NIR Spectrophotometer) 39 3.3.6 元件製作與光感測電性量測系統 40 第4章 結果與討論 43 4.1 多孔性氧化鋅奈米線形貌分析與孔洞成長機制探討 45 4.1.1 表面形貌分析 45 4.1.2 多孔性氧化鋅之成長機制 51 4.2 光學性質分析 53 4.2.1 紫外光可見光/近紅外光分光光譜分析 53 4.2.2 抗反射性質探討 57 4.2.3 陰極激發光譜分析 61 4.3 可見光感測性質量測 63 4.3.1 藍光之光感測性質 66 4.3.2 綠光之光感測性質 68 4.3.3 黃光之光感測性質 70 4.3.4 紅光之光感測性質 72 4.3.5 可見光感測之機制探討與總結 74 第5章 結論 76 第6章 參考文獻 78

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    下載圖示 校內：2020-08-21公開
    校外：2020-08-21公開
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