臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要為利用厚膜陶瓷電路基板印刷電路，且經由燒結850℃，再透過蒸鍍製程將TiO2固態轉氣態元子和分子，使其披覆於厚膜陶瓷電路基板上，製作成『陣列型酸鹼感測器元件』，由於厚膜高溫燒結製程所製作出來的線路具有高可靠度及高穩定性之特性優勢，且陶瓷基板具有高抗酸鹼及抗腐蝕之特性，不會因為待測物之極酸鹼性造成影響。透過此陣列型酸鹼感測器元件，即使在惡劣的環境中，仍然不會被干擾且可測得更具信賴之結果。
將酸鹼感測器元件透過標準緩衝溶液（Buffer Solution）PH 6.0、 PH 7.0、PH 8.0以及PH 9.0 於50℃以下進行測試，電荷可有效累積於感測器上，再利用外加Ag/Ag/Cl玻璃參考電極以併排方式，量測酸鹼感測器對於各個標準緩衝溶液（Buffer Solution）之反應結果，靈敏度可達100 mV以上，其線性度更可達0.99以上。
厚膜陣列型酸鹼感測器，不僅具有高感測度和高穩定性外，因為感測器本體是陶瓷基板加厚膜塗料燒結而成，常常被使用於需要高可靠度的環境，由於人每天都需要用水，因此監控水質變成了一個重要的議題。另外，不論是材料本體之耐用性亦或是研究結果所證實之穩定可靠度，皆說明此酸鹼感測器非常適合用於水質監控，而現今空氣汙染情況嚴重，民生飲用水為最需要被監控之水源，因此，此酸鹼感測器用來監控民生用水再適合不過了。除此之外，現在人們喜歡藉由泡溫泉舒壓，此感測器亦可用於溫泉水質之檢測。

This research is to build the array type PH biosensor, and it is fabricated by thick film circuit ceramic substrate. The TiO2 is coated on the circuit by evaporation process. Because the thick film circuit ceramic substrate is fabricated under high temperature（850℃）, it has the following properties: 1. High reliability. 2. Excellent temperature stability. 3. Excellent anti-acid. 4. Excellent anti-corrosion. Because of these characteristics, so that sensor can get the correct data in harsh environments.
The sensitivity of the PH biosensor can be above 100 mV and the linearity more than 0.99 that were measured by contacting PH6.0、PH7.0、PH8.0 and PH9.0 buffers solution under 50℃ with Ag/AG/Cl reference electrode.
People need water every day, but now the water was subjected to all kinds of pollution: pig farming waste water, gravel, garbage and industrial waste water pollution. Therefore, water quality monitoring become an important issue. This research of PH biosensor has excellent reliability, stability and sensitivity. Therefore, this PH biosensor is ideally suited for monitoring the livelihood water. Besides, we also can use the PH biosensor to monitoring hot spring water.

目次
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目次 V
圖目次 VII
表目次 X
第一章 緒論 - 1 -
1.1 前言 - 1 -
1.2 研究背景與動機 - 3 -
1.3 研究目的 - 3 -
1.4 論文架構 - 4 -
第二章 文獻回顧與基本理論探討 - 5 -
2.1 文獻回顧 - 5 -
2.2 陶瓷基板介紹 - 5 -
2.3 陶瓷燒結 - 7 -
2.4 感測器 - 9 -
2.5 感測器種類與作用 - 10 -
2.6 TiO2 製作流程 - 12 -
第三章 陣列型酸鹼感測器元件的設計與製作 - 19 -
3.1 陣列型酸鹼感測器元件製作方法 - 19 -
3.2 感測器的製作流程 - 21 -
第四章 量測結果與討論 - 24 -
4.1 感測器之成品結構及厚度驗證 - 24 -
4.2 感測器之抗酸鹼測試 - 28 -
4.3 感測器之量測 - 28 -
第五章 結論 - 42 -
5.1 結論 - 42 -
參考文獻 - 43 -

圖目次
圖1- 1 1989年六大死因統計圖〔1〕 - 1 -
圖1- 2 2013 年各測站酸雨發生頻率比較表〔1〕 - 2 -
圖1- 3 2012 年各測站酸雨發生頻率比較表〔1〕 - 2 -
圖1- 4 ISFET 之架構圖〔2〕 - 3 -
圖2- 1 固相燒結各階段示意圖〔19〕 - 9 -
圖2- 2 感測器之組成〔21〕 - 10 -
圖2- 3 感測器薄膜材料反應式〔28〕 - 12 -
圖2- 4 電子束磁場加速說明圖〔30〕 - 14 -
圖2- 5 比較不同基板支架之均勻性〔30〕 - 15 -
圖2- 6 電子鎗蒸鍍配合離子助鍍系統示意圖〔31〕 - 16 -
圖2- 7 雙離子束濺鍍法（Dual Ion Beam Sputter, DIBS）〔31〕 - 17 -
圖2- 8 TiO2（左）一般電子鎗蒸鍍 V.S （右）電漿離子助鍍〔31〕 - 17 -
圖3- 1 氧化鋁基板架設於自動印刷機上 - 19 -
圖3- 2 塗料印刷塗佈於基板上 - 20 -
圖3- 3 蒸鍍用治具 - 20 -
圖3- 4 製作流程圖 - 21 -
圖3- 5 自動印刷機 - 22 -
圖3- 6 隧道式燒結爐 - 22 -
圖3- 7 印刷用網版 - 23 -
圖3- 8 陣列型酸鹼感測器成品圖 - 23 -
圖4- 1 感測器成品尺寸量測 - 24 -
圖4- 2 酸鹼感測器（金）電極批覆TiO2 顯微鏡照（40X） - 24 -
圖4- 3 酸鹼感測器 PIN 腳導體顯微鏡照（40X） - 25 -
圖4- 4 酸鹼感測器（金）電極批覆TiO2 掃描式電子顯微鏡照（100X） - 25 -
圖4- 5 酸鹼感測器（金）電極批覆TiO2 掃描式電子顯微鏡照（500X） - 26 -
圖4- 6 酸鹼感測器（金）電極批覆TiO2 掃描式電子顯微鏡照（1000X） - 26 -
圖4- 7 酸鹼感測器 TiO2 蒸鍍層TEM 厚度分析 - 27 -
圖4- 8 酸鹼感測器 EDX 分析結果 - 27 -
圖4- 9 感測器放置於不同酸鹼溶液中測試 - 28 -
圖4- 10 玻璃參考電極 - 29 -
圖4- 11 量測用治具 - 29 -
圖4- 12 100 ml pp 溶液罐 - 30 -
圖4- 13 燒杯 - 30 -
圖4- 14 Agilent 34401A - 31 -
圖4- 15 陣列型酸鹼感測器電極反應曲線 - 31 -
圖4- 16 陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-80 sec - 32 -
圖4- 17 陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-120 sec - 32 -
圖4- 18 陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-160 sec - 33 -
圖4- 19 六個月後陣列型酸鹼感測器電極反應曲線 - 33 -
圖4- 20 六個月後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-80 sec - 34 -
圖4- 21 六個月後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-120 sec - 34 -
圖4- 22 六個月後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-160 sec - 35 -
圖4- 23 一年後陣列型酸鹼感測器電極反應曲線 - 35 -
圖4- 24 一年後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-80 sec - 36 -
圖4- 25 一年後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-120 sec - 36 -
圖4- 26 一年後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度-160 sec - 37 -
圖4- 27陣列型酸鹼感測器-靈敏度比較 - 38 -
圖4- 28陣列型酸鹼感測器-線性度 - 38 -
圖4- 29 PH6量測結果比較圖 - 39 -
圖4- 30 PH7量測結果比較圖 - 39 -
圖4- 31 PH8量測結果比較圖 - 40 -
圖4- 32 PH9量測結果比較圖 - 40 -

表目次
表2-1 電流式與電壓式讀出電路優缺點比較表〔29〕 - 12 -
表2-2 薄膜蒸鍍技術比較表〔31〕 - 18 -
表4-1 陣列型酸鹼靈敏度與線性度 - 37 -
表4-2 六個月後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度 - 37 -
表4-3 一年後陣列型酸鹼感測器靈敏度與線性度 - 38 -

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