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研究生:郭昱廷
研究生(外文):Yu-Ting Kuo
論文名稱:以UV光調控兆赫波段超穎材料的特性變化研究
論文名稱(外文):The Properties of Terahertz Metamaterials Tuned by Ultraviolet Light
指導教授:吳秋賢
指導教授(外文):Chiu-Hsien Wu
口試委員:陳坤麟陳昭翰
口試委員(外文):Kuen-Lin ChenJau-Han Chen
口試日期:2017-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:奈米科學研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2017
畢業學年度:105
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:兆赫波超穎材料半導體可調式
外文關鍵詞:TerahertzMetamaterialsSemiconductorTunable
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本實驗我們研究缺口共振環(Split resonator rings)在兆赫波下量測其共振頻率。覆蓋半導體材藉由照射UV光來改變共振環上缺口的電容特性為主要目的。
金是本實驗組成超穎材料的要件,研究金超穎材料在不同厚度與退火前後的差異,從實驗與SEM、AFM量測圖分析得知,當膜厚愈薄,經退火後其訊號會消失,而在100 nm厚的金超穎材料經退火後,能有最好的訊號,其品質因子在退火前後能從4.18爬升到8.33。
當超穎材料覆蓋半導體銦鎵鋅氧(IGZO)後並進行照UV光,來看兆赫波共振強度的縮減,得到當薄膜電阻變化區間落在1 MΩ到 100 kΩ之間會有最佳的變化效果。利用此方式便能改變IGZO薄膜的導電特性,以達到光調控超穎材料的目的。
In this work, we measure the resonance frequencies of Split resonator rings at Terahertz wave. The samples are covered by semiconductor materials and illuminated by UV light to change the capacities of the splits on the resonator rings.
Gold is the important element of metamaterial. We study the properties of metamaterials in different thickness and experimental conditions. From the analyses of the experiments and pictures of SEM and AFM, we know that the signal would disappear with the thinner film. The metamaterial with thickness of 100 nm has the best signal after annealing, whose quality factor increase from 4.18 to 8.33.
When the metamaterials are covered by IGZO and illuminated by UV light, the electrical resistance changes from 1 M ohm to 100 k ohm, and we have best intensity of resonance decrease mostly at Terahertz spectrum. We can changing the conductivity of IGZO film to make tunable metamaterials.
致謝 i
摘要 ii
Abstract iii
圖目錄 vii
表目錄 x
第一章 緒論 1
1-1 研究背景 1
1-1-1 超穎材料 ( Metamaterial ) 1
1-1-2 兆赫波 ( Terahertz,THz ) 4
1-2 研究目的 6
第二章 實驗原理 7
2-1 銦鎵氧化錫薄膜簡介 7
2-2 金屬氧化物半導體照光機制 8
2-3 缺口共振環 [13][14][15] 10
2-4 文獻探討與回顧 11
第三章 實驗流程與方法 13
3-1 樣品製備 13
3-1-1 基板切割 13
3-1-2 基板清洗 13
3-2 薄膜濺鍍製程 14
3-2-1 金薄膜沉積 15
3-2-2 銦鎵鋅氧(IGZO)薄膜沉積 15
3-3 黃光微影製程 16
3-3-1 缺口共振環光罩圖形設計 16
3-3-2 光阻塗佈、曝光與顯影 18
3-3-3 蝕刻製程 19
3-3-4 舉離法 20
3-4 樣品量測 21
3-4-1 樣品量測 23
3-4-2 照光量測 25
3-5 數據處理 26
第四章 實驗結果與分析 27
4-1 金超穎材料 27
4-2 金薄膜在不同退火溫度下的變化差異 29
4-2-1 100 nm金薄膜未退火下AFM分析圖 29
4-2-2 100 nm金薄膜100℃退火下AFM分析圖 30
4-2-3 100 nm金薄膜300℃退火下AFM分析圖 30
4-2-4 100 nm金薄膜500℃退火下AFM分析圖 31
4-3 不同厚度的金超穎材料在退火後的變化 32
4-3-1 13 nm金超穎材料退火前後變化 32
4-3-2 26nm金超穎材料退火前後變化 34
4-3-3 39nm金超穎材料退火前後變化 36
4-3-4 52nm金超穎材料退火前後變化 37
4-3-5 65nm金超穎材料退火前後變化 39
4-3-6 78nm金超穎材料退火前後變化 41
4-3-7 91nm金超穎材料退火前後變化 42
4-3-8 104nm金超穎材料退火前後變化 43
4-3-9 100 nm & 200 nm 超穎材料品質因子差異 47
4-4 超穎材料覆蓋IGZO觀察退火後影響其頻譜與電阻變化 48
4-4-1 單純金超穎材料重複退火 48
4-4-2 覆蓋各種不同膜厚的IGZO經過多次退火後的變化 49
4-5 在金超穎材料上覆蓋IGZO後照UV光觀察變化 52
4-5-1 無IGZO薄膜樣品在兆赫滋波下的穩定度 53
4-5-2 超穎材料覆蓋IGZO薄膜以不同方式退火 55
4-5-3 薄膜照光前後不同的電阻變化範圍對兆赫波的影響 59
4-6 在基板上先鍍上IGZO在做金超穎材料的照光變化 67
4-7 超穎材料覆蓋粒徑30 nm TiO2並照UV看變化 72
第五章 結論 73
參考文獻 75
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