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研究生:楊宗澄
研究生(外文):Tzung-Cheng Yang
論文名稱:利用熱處理方式製作氧化銅氣體感測器之研究
論文名稱(外文):The Study of CuO Nanowire Sensors Fabricated by Thermal Annealing Method
指導教授:林奇鋒林奇鋒引用關係
指導教授(外文):Chi-Feng Lin
口試委員:許芳琪韓謝忱
口試委員(外文):Fang-Chi HsuHsieh-Cheng Han
口試日期:2015-07-29
學位類別:碩士
校院名稱:國立聯合大學
系所名稱:光電工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:91
中文關鍵詞:氧化銅奈米線奈米線橋熱處理氣體感測器
外文關鍵詞:copper oxidenanowirenano-bridgethermal treatmentgas sensor
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本研究我們使用高純度的銅線並透過熱處理的方式製作氧化銅(CuO)奈米線及奈米線橋,並且討論氧化銅奈米線橋在各種氣體環境下的電訊號反應。
氧化銅奈米線的製作是藉由熱處理後各種退火過程,為了生長出品質較佳的氧化銅奈米線,熱退火的過程最主要分成三個部份:升溫、退火、降溫,並控制各階段的溫度及處理時間,在材料特性的部份是透過光學顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)和X光繞射分析儀(XRD)進行分析。結果顯示在高溫熱退火溫度及退火時間(600oC 進行8小時)所製作出的氧化銅奈米線在生長的密度及長度的部份高於無任何升溫和降溫的過程的氧化銅奈米線。
組成高品質的氧化銅奈米線而完整的在表面的薄膜結構是由兩種材料所組成分別為氧化銅及氧化亞銅。
奈米線的電訊號響應量測是由在各種氣體環境中的氧化銅奈米橋進行測試;測試環境包含了水、酒精、和氧氣。從結果顯示氧化銅奈米線可以作為以電洞為多數載子的P型半導體。多數載子傳輸通道的產生是因為帶負電荷及可以減少正電荷的氣體環境所致,另外也導致各種的電流變化及電滯效應。這種結果也表明了氧化銅奈米線橋是可以作為氣體感測器。

In this thesis, we fabricat the copper oxide (CuO) nanowire and nano-bridge with the high purity copper wire by thermal treatment and discuss the electrical response of the CuO nano-bridge under various gas environments.
The CuO nanowire was fabricated by thermal treatment under various annealing process. In order to grow high quality CuO nanowires, the annealing process was separated into three part: warming, annealing, and cooling, and each part was controlled with various temperature and treating time. The material characteristics were analysis by optical microscope (OM), scanning electron microscope (SEM), Energy Dispersive Spectrometer (EDS), and X-ray Diffraction (XRD). The results show that the density and length of CuO nanowires are higher under high annealing temperature and proper annealing time (600oC for 8 hours) without any warming and cooling process. The high quality nanowires were composed of CuO while the thin film structures were composed of both CuO and Cu2O.
The electrical response of the nanowires were done by CuO nano-bridge under various gas environments; H2O, alcohol, and oxygen. The results show that the CuO nanowire can work as the p-type semiconductor with hole channel. The channel will be induced under the gas environment which is full of negative charge and be reduced by the gas with positive charge, results in various current changes and electroviscous effects. These results indicate that the potential of CuO nano-bridges serve as the gas sensors.

致謝
摘要
Abstract
目錄
圖目錄
表目錄
第一章 緒論
1-1 前言
1-2 氣體感測器的分類
1-2-1 生物感測及應用層面簡介
1-2-2 奈米材料簡介
1-3 研究背景
1-4 研究動機
第二章 感測理論與文獻回顧
2-1 關於金屬氣體偵測器的材料
2-2 自由載子在樣品表面的影響
2-2-1 氧離子對於樣品表面的影響
2-2-2 對於在不同氣體環境下的感測
2-2-3 待測氣體濃度對於感測分析
2-3 遲滯現象
第三章 實驗儀器與實驗步驟
3-1 實驗儀器
3-1-1 高溫爐
3-1-2 超音波震洗機
3-1-3 KEITHLEY 2450 SourceMeter
3-1-4 場發射掃描電子顯微鏡
3-1-5 能量散射光譜儀
3-1-6 光學顯微鏡
3-1-7 X光繞射分析儀
3-2 實驗流程
3-3 製作氣體感測器
3-3-1 銅線的擷取、銅絞線的製作及清潔
3-3-2 熱退火處理
3-4 性質分析
3-4-1 表面結構分析
3-4-2 材料成份分析
3-4-3 電性量測分析
第四章 實驗結果與討論
4-1 不同條件的燒結
4-1-1 慢速升溫及慢速降溫燒結條件
4-1-2 階段性升溫分析
4-1-3 階段性降溫分析
4-1-4 恆溫燒結分析
4-1-5 直接升溫直接降溫燒結條件
4-2 使用FESEM觀測樣品表面微結構
4-3 材料分析
4-3-1 XRD分析
4-3-2 EDS分析
4-4 銅金屬氧化物的熱處理以及感測原理
4-5 電性量測分析
4-5-1 在潮濕的環境下測試
4-5-2 在揮發的酒精環境下測試
4-5-3 在大氣下通入氧氣的測試結果
4-5-4 在真空環境下測試的結果
第五章 結論及未來展望
5-1 結論
5-2 未來與展望
參考文獻



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