微量錳摻雜氧化鋅奈米線之光感測分析

Photoresponse of dilute Manganese-doped ZnO Nanowires

陳韋豪(Wei-Hao Chen) ； 何孟書(Mon-Shu Ho) ； 謝輝煌(Hui-Huang Hsieh) ； 張孟凡(Meng-Fan Chang)

《真空科技》 29卷2期 (2016/06) Pp. 21-30

摘要

隨著科技發展，物聯網(IoT) 與可攜式裝置儼然成為下世代人類生活重要影響技術。然而，此兩項技術發展與感測器發展息息相關，低耗能、高敏度的感測器便成為現今重要的研究項目。氧化鋅為寬直接能隙半導體(Eg=3.37eV)，非常適合拿來做為光感測器材料。其材料取得容易、合成方式簡單，過去已有許多研究。本研究在於利用元素摻雜進入氧化鋅奈米線種改變奈米線氧化鋅奈米線的晶體結構，電子傳輸與光電特性，進而提升奈米線之感測靈敏度。本論文採用改良式的低溫水浴法進行微量錳摻雜奈米線合成。材料檢測的部分，場發射式掃描電子顯微鏡(FESEM)、高解析(HRTEM)、X-Ray 繞射儀(XRD) 結果顯示，微量錳摻雜氧化鋅奈米線為單晶結構，錳參雜後將改變其晶格常數。光致螢光光譜(PL) 與吸收光譜的結果顯示，微量錳摻雜後將使氧化鋅奈米線的吸收峰位置出現藍偏移，摻雜後亦改變其能階分布。拉曼光譜被使用來判斷錳元素進入氧化鋅奈米線的形式。光感測檢測實驗結果顯示，微量錳摻雜進入氧化鋅奈米線可以有效縮短照光後的反應時間，並大幅提升元件靈敏度。

關鍵字

氧化鋅奈米線 ； 錳 ； 紫外光感測

並列摘要

Manganese-doped nanowires synthesized using low temperature hydrothermal method were developed in this study. The material properties of the fabricating Mn-doped nanowires were examined using field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), and field emission transmission electron microscopy (FETEM). The optoelectronic properties of Mndoped ZnO nanowires were determined according to the measurements of photoluminescence (PL) spectrum, Raman spectra, and absorption spectrum. UV sensors with single Mn-doped nanowire were then fabricated using a focus ion beam (FIB) system. The resulting sensor demonstrated outstanding photoelectric performance with faster response speed and short recovery time than those of devices using pure ZnO nanowires. The sensitivity of the sensors was evaluated according to the light on-off ratio (ΔI = I_(light) / I_(dark)).

並列關鍵字

ZnO nanowires ； Mn ； UV sensing