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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許光勳
研究生(外文):Kuang-Shun Hsu
論文名稱:銅基有機金屬框架材料微米晶體之電傳輸性質
論文名稱(外文):Electronic Transport Properties in Copper-Based Metal Organic Framework Microcrystals
指導教授:陳瑞山陳瑞山引用關係
指導教授(外文):Ruei-San Chen
口試委員:呂光烈李奎毅鄭澄懋陳瑞山
口試委員(外文):Kuang-Lieh LuKuei-Yi LeeCheng-Maw ChengRuei-San Chen
口試日期:2020-07-31
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:應用科技研究所
學門:自然科學學門
學類:其他自然科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:有機金屬框架電傳輸性質低溫電傳輸性質光電導特性反應率光導增益
外文關鍵詞:Material Organic FrameworkElectronic Transport PropertyTemperature-dependent conductivity measurementPhotoconductivityResponsivityPhotoconductive gain
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目錄
中文摘要 I
Abstract III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
第二章 樣品介紹 3
第三章 實驗方法 5
3.1 [Cu(6Hmna)]n MOF之形貌與結構特性檢測 5
3.1.1 原子力學顯微鏡 (atomic force microscope, AFM) 5
3.1.2 拉曼散射光譜儀(Raman scattering spectroscope) 8
3.1.3 X光繞射儀 (X-ray diffractometer, XRD) 10
3.1.4 掃描式電子顯微鏡 (scanning electron microscope, SEM) 13
3.1.5 雙束型聚焦式離子束系統(dual-beam focused-ion beam, FIB) 15
3.2 有機金屬框架元件製作 19
3.2.1 元件基板製作 19
3.2.2 [Cu(6Hmna)]n MOF微米或奈米晶體分散 20
3.2.3 微米結構電極製作 22
3.3 微米材料之暗電導特性研究 25
3.3.1 電流對電壓曲線量測(current-voltage measurement) 25
3.3.2 溫度變化之電性量測 (temperature-dependent measurement) 27
3.3.3 金氧半場效應電晶體量測 (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor measurement, MOSFET measurement) 29
3.4 微米材料之光電導特性研究 32
3.4.1 功率相依之光電導量測(power-dependent photocurrent measurement) 32
3.4.2 環境變化之光電導量測(ambience-dependent photocurrent measurement) 33
第四章 結果與討論 34
4.1 [Cu(6Hmna)]n MOF晶體之形貌與結構分析 34
4.1.1 [Cu(6Hmna)]n MOF微米材料之表面形貌與結構分析 34
4.1.2 晶體結構 34
4.2 [Cu(6Hmna)]n MOF元件尺寸量測 39
4.2.1 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構SEM量測 39
4.2.2 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構AFM厚度量測 39
4.3 [Cu(6Hmna)]n MOF暗電導分析 43
4.3.1 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體電導率之計算 43
4.3.2 [Cu(6Hmna)]n MOF溫度變化之暗電導量測 49
4.4 MOF金氧半場效應電晶體量測 56
4.5 低溫FET量測之散射機制 60
4.6 [Cu(6Hmna)]n MOF光電導量測 62
4.6.1 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之功率相依光電導 62
4.6.2 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體不同雷射波長之光電導反應 64
4.6.3 [Cu(6Hmna)]n MOF光電導效率 66
4.6.4 環境變化光電導量測 73
第五章 結論 77
參考文獻 78

圖目錄
圖 2 1 [Cu(6Hmna)]n MOF原子排列示意圖。(本圖中央研究院化學所呂光烈老師研究室所提供) 4
圖 2 2 [Cu(6Hmna)]n MOF原子排列之結構示意圖。(本圖中央研究院化學所呂光烈老師研究室所提供) 4
圖 3 1原子力顯微鏡圖。 7
圖 3 2 Renishaw in Via拉曼光譜系統圖。 9
圖 3 3布拉格定律之示意圖[12]。 12
圖 3 4 D2 PHASER X光繞射儀器之儀器圖。 12
圖 3 5掃描式電子顯微鏡。 13
圖 3 6掃描式電子顯微鏡之示意圖[14]。 14
圖 3 7聚焦離子束系統。 17
圖 3 8聚焦離子束系統之示意圖[17]。 18
圖 3 9機械式剝離法之示意圖 21
圖 3 10震落法之示意圖。 21
圖 3 11 MOF [Cu (6Hmna)]n材料元件示意圖。 23
圖 3 12 [Cu (6Hmna)]n MOF材料元件示意圖。 24
圖 3 13低溫四點探針之量測系統。[20] 26
圖 3 14 Keithley 4200-SCS 半導體參數量測儀。[20] 26
圖 3 15 低溫系統腔體。 28
圖 3 16 Keithley 2614B電表。 28
圖 3 17 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之MOSFET元件示意圖。 30
圖 3 18 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之MOSFET元件圖。 30
圖 3 19 MOSFET在不同源汲極偏壓下之Id-Vg 曲線圖[21]。 31
圖 3 20光電導量測實驗之架構圖。[22] 33
圖 4 1 [Cu(6Hmna)]n MOF單晶之OM形貌圖。 35
圖 4 2 經機械剝離後[Cu(6Hmna)]n MOF SEM俯視圖。 36
圖 4 3 經機械剝離後[Cu(6Hmna)]n MOF OM俯視圖。 36
圖 4 4 [Cu(6Hmna)]n MOF之Raman譜線圖。 37
圖 4 5 [Cu(6Hmna)]n MOF之XRD譜線圖。(呂光烈老師研究團隊提供) 38
圖 4 6 [Cu(6Hmna)]n MOF單晶經機械剝離法後灑落在預電極基板上之SEM圖。 41
圖 4 7 (a)經機械剝離後分散至元件基板之[Cu(6Hmna)]n MOF微米結構SEM圖;(b)利用FIB製作完成之兩電極元件SEM圖。 41
圖 4 8 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之AFM量測圖及高度剖視圖。 42
圖 4 9 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之兩接點I-V量測。 45
圖 4 10 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構不同厚度的電導率分佈圖。 46
圖 4 11 [Cu(6Hmna)]n MOF晶體之電荷傳輸通道圖。(此示意圖軸向為假設之座標,並非實際晶軸方向) 46
圖 4 12 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體變溫暗電導量測之半導體性。 51
圖 4 13 [Cu(6Hmna)]n MOF變溫暗電導量測半導體性之活化能值。 51
圖 4 14 MOF微米晶體電子熱活化傳導機制示意圖。 52
圖 4 15 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體變溫暗電導量測之金屬性。 53
圖 4 16電荷hopping透過HOMO傳導機制圖(a)金屬性(b)半導體性。 54
圖 4 17電荷hopping透過缺陷傳導機制圖(a)金屬性(b)半導體性。 55
圖 4 18 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體場效應電晶體示意圖。 57
圖 4 19 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之場效應電晶體照片。 57
圖 4 20 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之場效應電晶體量測圖(a)P-type量測結果與(b)N-type量測結果。 58
圖 4 21 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之FET變溫Ids-Vg量測。 61
圖 4 22 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構之變溫FET量測所獲得之mobility值結果。 61
圖 4 23 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之功率相依光響應圖。 63
圖 4 24 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體(a)不同激發波長下之功率相依光電流圖(b)不同激發波長下之10 mW功率光電流圖。 65
圖 4 25 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之功率相依反應率圖。 70
圖 4 26 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體光電導增益之功率相依圖。 70
圖 4 27光電導增益機制示意圖。 71
圖 4 28 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之歸一化光電導增益圖。 71
圖 4 29 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體不同波長之載子活期比較圖。 72
圖 4 30 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體載子活期擬合圖。 72
圖 4 31 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體環境變化下之光電流圖。 75
圖 4 32氧敏化及純表面態光電導機制傳輸模型圖。 76


表目錄
表 4 1 [Cu(6Hmna)]n MOF微米結構電導率統計表。 47
表 4 2 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體低溫量測結果統計表。 52
表 4 3 [Cu(6Hmna)]n MOF微米晶體之FET量測結果統計表。 59
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