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研究生:余承晏
研究生(外文):Cheng-Yen Yu
論文名稱:氣相傳輸法合成氧化銦錫一維奈米結構與其光電特性的探討
論文名稱(外文):Synthesis of ITO one-dimensional nanostructures by vapor transport process and their optoelectronic properties
指導教授:何永鈞
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:材料科學與工程學系所
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:氧化銦錫奈米線氣相傳輸法
外文關鍵詞:ITOnanowirevapor transport
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本實驗藉由氣相傳輸法合成氧化銦錫一維奈米結構,並觀察其成長機制、陰極激發光特性與單根電性量測。實驗結果發現,將銦粉、錫粉以適當的比例混合,與鍍有金觸媒的矽基板置於860℃的高溫爐中,通入適當流量的氧氣,即可藉由VLS法合成氧化銦錫奈米線。藉由控制觸媒層的厚度或是氧氣流量,氧化銦錫奈米線的直徑可控制在30 ~ 80 nm,長度可達10μm以上。奈米線的生長機制以異質觸媒輔助的VLS法為主,奈米線頂端的觸媒是VLS法的強力證據。透過XRD、TEM及XPS來探討結構及組成,證實了奈米線為氧化銦摻雜錫的單晶結構。在性質測試方面,我們藉由微影製程與FIB系統進行單根奈米線的電性量測,電阻率約在129.65±39.51μΩ-cm;在CL的測試中,氧化銦錫奈米線可以激發波長約385nm的高強度藍紫光。因此,氧化銦錫一維奈米結構有很大的潛力應用於光電元件系統。
We reported the synthesis of indium-tin-oxide (ITO) one-dimensional nanostructure by vapor transport method. The ITO nanowires were synthesized by the chemical vapor deposition at 860℃ with Ar and O2 gas flow. The diameters of ITO nanowires, which could be controlled by thickness of Au catalyst or flow rate of oxygen, range from 30 to 80 nm and lengths are up to 10μm. The crystal structure and composition of the products were identified by X-ray diffraction (XRD), Transmission electron microscopy (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), the products were confirmed to be tin-doped indium oxide with single crystal of body-centered cubic structure. These ITO nanowires were fabricated into single nanowire device using photolithography and FIB system. The conductivity of a single nanowire was measured to be about 129.65±39.51μΩ-cm. For the cathodoluminescence test, ITO nanowires showed strong blue-violet emission peaked about 385nm. Therefore, ITO nanowires may have potential applications for optoelectronic devices system.
中文摘要 ……………………………………………………………………............ i

英文摘要 ……………………………………………………………………............ ii
目錄 ……………………………………………………………………............ iii
圖目錄 ……………………………………………………………………............ v
表目錄 ……………………………………………………………………............ viii
第一章 緒論 ……………………………………………………………………... 1
第二章 文獻回顧 ………………………………………………………………... 3
2.1 奈米科技 …………………………………………………………………… 3
2.2 奈米材料的分類 …………………………………………………………… 9
2.2.1 零維奈米材料 ………………………………………………………… 10
2.2.2 一維奈米材料 ………………………………………………………… 10
2.2.3 二維奈米材料 ………………………………………………………… 12
2.3 一維奈米材料的研究現況 ………………………………………………... 12
2.3.1 奈米碳管 ……………………………………………………………… 12
2.3.2 金屬一維奈米結構 …………………………………………………… 13
2.3.3 半導體一維奈米結構 ………………………………………………… 14
2.3.4 氧化物一維奈米結構 ………………………………………………… 15
2.4 氧化銦錫一維奈米結構的特性與研究現況 …………………………….. 17
2.5 一維奈米材料的製備 ……………………………………………………... 19
2.5.1 氣相沉積法 …………………………………………………………… 20
2.5.2 模板法 ………………………………………………………………… 21
2.5.3 雷射剝蝕法 …………………………………………………………… 21
2.5.4 熱碳還原法 …………………………………………………………… 22
2.5.5 溶膠 – 凝膠法 ……………………………………………………….. 23
2.5.6 水熱法 ………………………………………………………………… 23
2.6 一維奈米結構的成長機制 ………………………………………………… 24
2.6.1 氣–液–固 ( Vapor-Liquid-Solid, VLS) 一維奈米結構成長機制 …... 24
2.6.2 氣–固 (Vapor-Solid, VS) 一維奈米結構成長機制 ……………….... 25
2.7 研究動機與目的 …………………………………………………………... 26
第三章 實驗方法與步驟 ……………………………………………………… 27
3.1 實驗設計 ………………………………………………………………… 27
3.2 基材的準備與前處理 …………………………………………………… 29
3.3 氣相傳輸法 (Vapor transport) …………………………………………… 30
3.4 低掠角X光晶體結構分析
(Grazing incident X ray diffraction, GIXRD)
……………………………
32
3.5 場發射掃瞄式電子顯微鏡分析
(Field-emission scanning electron microscope, FE-SEM)
…………………
32
3.6 穿透式電子顯微鏡分析
(Transmission Electron Microscope, TEM)
………………………………..
34
3.7 X光光電子能譜儀成份分析
(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)
…………………………………..
34
3.8電性分析 …………………………………………………………………… 35
3.8.1 微影製程 ……………………………………………………………… 36
3.8.2 FIB …………………………………………………………………….. 37
3.9陰極激發光 (Cathodoluminescence, CL) ………………………………… 37
3.10電子順磁共振光譜儀 (Electron Paramagnetic Resonance, EPR) ……… 39
第四章 結果與討論 …………………………………………………………… 40
4.1製程參數的影響 …………………………………………………………… 40
4.1.1製程溫度的影響 ………………………………………………………. 40
4.1.2觸媒層的影響 …………………………………………………………. 42
4.1.3氧流量的影響 …………………………………………………………. 44
4.1.4持溫時間的影響 ………………………………………………………. 48
4.1.5基板參數的影響 ………………………………………………………. 49
4.1.6 錫摻雜的影響 ........................................................................................ 53
4.2晶體結構與成份分析 ………………………………………………………. 54
4.3奈米線生長機制 …………………………………………………………… 61
4.4 奈米線的電性量測 ………………………………………………………... 64
4.5 陰極激發光與光激發光特性 ……………………………………………... 67
第五章 結論 …………………………………………………………………… 73
參考文獻 …………………………………………………………………………… 74
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