臺灣博碩士論文加值系統

由於短波長的光學元件和高能量、高頻率的電子元件需求增加，使得寬能隙半導體材料在近年來引起廣泛的研究，而同屬寬能隙半導體材料的氧化鋅，由於它的多晶結構應用領域非常廣泛，導致其寬能隙特性未被重視，直到最近因研究發現氧化鋅的寬能隙特性、透光特性均有不錯的應用，才逐漸引起研究風潮。
純氧化鋅沒有相變，但當摻入雜質後即有相變產生，同時隨著摻雜的雜質不同，氧化鋅的性質也會不同，造成應用上的一些改變，這是值得去探討的地方。每個晶體都具有其特殊的結構，結構的改變將伴隨著性質的變化，雖然壓力和溫度是影響晶體結構的主要原因之一，不過，雜質的摻入也可能導致晶體結構或特性有所改變。
因此本研究中我們以固態反應法製備不同溫度下燒結的摻雜雜質的氧化鋅及摻雜不同濃度雜質的氧化鋅，利用SEM、X-Ray繞射、Raman散射、DSC和相位分析儀作材料的特性分析。以研究其物性與燒結溫度、摻雜濃度的關係，當銅的摻雜量達5％時，已達飽和，相變溫度最低，但其電性較摻雜與摻雜2％時相差不多，也較其他濃度時佳。摻雜鎳時，似乎摻雜量對相變溫度影響不大，約都在15℃左右，但當鎳的摻雜量達5％時，已達飽和。雖然得知摻雜銅及鎳會造成氧化鋅物性的影響，但仍有深入探討的空間，而其實際機制也仍有待研究。

Because the require for the optics component with short-wavelength and the electronic devices with high-energy and high frequency increases, it make the wide band gap semiconductor material have been widely studied in recent years. Zinc oxide belogning to wide band gap (3.4eV) semicondutor has not been paid attention to its application in the wide bad gap properties in stead of application in polycrystal. Recently zinc oxide become more important application in its wide band gap due to its good transparent properties.
Pure zinc oxide has no phase transition, but it has phase transition with doping impurities, at the same time it’s physical properties as well as its applying direction may change for different doping impurities. This is worthing going for discussion. In addition, each crystal has its special structure, the change of the structure will following the change of physical property. Though the pressure and temperature are the main factor to that influence the crystal structure, however, the doping of impurities may cause the crystal structure or the characteristics to change.
In this study we analyze the characteristics of doped zinc oxide by SEM, X-Ray diffraction, Raman scatting, DSC and Phase analyzer. We standy the relationship between the physical properties, sinter temperature and the concentration of doped impurities. Though the doping amountof copper up to 5%, which already reach the saturation, phase transition temperature is the lowest, but its electrical characterization is similar comparing with the doping 2%,and better than other concentration of doped impurities. While doping nickel, doping amount seem to influence in phase transition temperature not much, probably about 15℃. But when the doping amount of nickel up to 5%, it has already reached the saturation. It is found that doping copper and nickel will change the physical property of zinc oxide, but its actual mechanism still need to further study.

中文摘要
英文摘要

目 次 ……………………………………………………………………… Ⅰ
表 次 ……………………………………………………………………… Ⅳ
圖 次 ……………………………………………………………………… Ⅴ

第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1-1 簡介…………………………………………………………… 1
1-1-1 陶瓷材料……………………………………………………… 1
1-1-2 陶瓷材料特色………………………………………………… 3
1-1-3 磁性陶瓷……………………………………………………… 4
1-1-4 纖鋅礦結構…………………………………………………… 8
1-1-5 氧化鋅………………………………………………………… 10
1-1-6 氧化鋅材料應用簡介………………………………………… 12
1-1-7 氧化鋅摻雜質………………………………………………… 14
1-1-8 氧化鋅摻雜過渡元素………………………………………… 14
1-2 研究動機及目的……………………………………………… 15
1-3 研究方法……………………………………………………… 16

第二章 理論基礎與儀器裝置………………………………………… 17
2-1 固態反應法…………………………………………………… 17
2-1-1 煆燒的目的…………………………………………………… 17
2-1-2 固態反應機構………………………………………………… 17
2-2 相變理論……………………………………………………… 18
2-2-1 晶體的相變…………………………………………………… 18
2-2-2 相變與離子半徑比…………………………………………… 19
2-3 介電性質……………………………………………………… 20
2-3-1 介電常數……………………………………………………… 20
2-3-2 介電損失……………………………………………………… 21
2-3-3 影響介電性質的因素………………………………………… 21
2-4 儀器裝置……………………………………………………… 23
2-4-1 掃描式電子顯微鏡…………………………………………… 23
2-4-1-1 基本工作原理………………………………………………… 23
2-4-1-2 儀器規格與特徵……………………………………………… 25
2-4-1-3 試片製備……………………………………………………… 28
2-4-1-4 應用…………………………………………………………… 28
2-4-2 X光粉末繞射儀……………………………………………… 30
2-4-2-1 基本工作原理………………………………………………… 30
2-4-2-2 儀器規格與特徵……………………………………………… 32
2-4-2-3 應用…………………………………………………………… 33
2-4-3 拉曼散射光譜儀……………………………………………… 34
2-4-3-1 基本工作原理………………………………………………… 34
2-4-3-2 拉曼光譜的振動模式………………………………………… 36
2-4-3-3 儀器規格與特徵……………………………………………… 37
2-4-3-4 應用…………………………………………………………… 37
2-4-4 示差掃描熱量分析儀………………………………………… 39
2-4-4-1 基本原理……………………………………………………… 39
2-4-4-2 儀器規格與特徵……………………………………………… 39
2-4-4-3 應用…………………………………………………………… 41
2-4-5 電性分析……………………………………………………… 42
2-4-5-1 基本原理……………………………………………………… 42
2-4-5-2 儀器規格與特徵……………………………………………… 44
2-4-5-3 應用…………………………………………………………… 45

第三章 氧化鋅摻雜銅陶瓷粉末……………………………………… 46
3-1 實驗步驟與方法……………………………………………… 46
3-1-1 製備不同燒結溫度的氧化鋅摻銅…………………………… 46
3-1-2 製備不同摻雜濃度的氧化鋅摻銅…………………………… 48
3-2 結果與討論…………………………………………………… 50
3-2-1 氧化鋅�狟�5 % 銅以不同溫度燒結………………………… 50
3-2-1-1 掃描式電子顯微鏡圖分析…………………………………… 50
3-2-1-2 X光繞射分析………………………………………………… 53
3-2-1-3 拉曼散射光譜分析…………………………………………… 57
3-2-1-4 示差掃描熱量分析…………………………………………… 59
3-2-1-5 電性曲線分析………………………………………………… 63
3-2-2 氧化鋅�狟齯ㄕP濃度的銅以800℃ 燒結…………………… 66
3-2-2-1 掃描式電子顯微鏡圖分析…………………………………… 66
3-2-2-2 X光繞射分析………………………………………………… 69
3-2-2-3 拉曼散射光譜分析…………………………………………… 73
3-2-2-4 示差掃描熱量分析…………………………………………… 75
3-2-2-5 電性曲線分析………………………………………………… 79

第四章 氧化鋅摻雜鎳陶瓷粉末……………………………………… 82
4-1 實驗步驟與方法……………………………………………… 82
4-1-1 製備不同燒結溫度的氧化鋅摻鎳…………………………… 82
4-1-2 製備不同摻雜濃度的氧化鋅摻鎳…………………………… 84
4-2 結果與討論…………………………………………………… 86
4-2-1 氧化鋅�狟�5 % 鎳以不同溫度燒結………………………… 86
4-2-1-1 掃描式電子顯微鏡圖分析…………………………………… 86
4-2-1-2 X光繞射分析………………………………………………… 89
4-2-1-3 示差掃描熱量分析…………………………………………… 93
4-2-1-4 電性曲線分析………………………………………………… 97
4-2-2 氧化鋅�狟齯ㄕP濃度的鎳以800℃ 燒結…………………… 100
4-2-2-1 掃描式電子顯微鏡圖分析…………………………………… 100
4-2-2-2 X光繞射分析………………………………………………… 103
4-2-2-3 拉曼散射光譜分析…………………………………………… 107
4-2-2-4 示差掃描熱量分析…………………………………………… 110
4-2-2-5 電性曲線分析………………………………………………… 113

第五章 結論與建議…………………………………………………… 116
5-1 結論…………………………………………………………… 116
5-1-1 氧化鋅摻雜銅………………………………………………… 116
5-1-2 氧化鋅摻雜鎳………………………………………………… 116
5-2 未來研究建議………………………………………………… 117

參考文獻 ………………………………………………………………… 119

中文部分：
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