反應式濺鍍RuO2薄膜電化學特性研究

Electrochemical properties of reactive sputtered ruthenium oxide thin films

陳建螢

指導教授 ： 甘炯耀

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2006年)

摘要

超級電容(supercapacitor)由於具有尖峰放電及高功率放電能力，其在機電與電子系統中的應用日益受到重視。 在各種超高電容的材料之中，二氧化釕是已知具有最佳電化學特性，也是最適合超級電容的一種材料。 目前RuO2薄膜可以用電化學等方法鍍製，最近也有人利用射頻磁控濺鍍法(radio frequency sputter)鍍製，但其特性明顯不佳，特性電容只達到240F/g，而且各種電容特性的檢測也不完備。
在實驗上，我們調變不同的鍍膜時間以及基板溫度，並進行熱處理， 然後利用X-ray繞射以及穿透式電子顯微鏡進行結晶結構檢測、利用掃描式電子顯微鏡進行表面形貌觀測以及薄膜厚度、利用X-ray光電子能譜分析進行化學鍵結檢測、以及利用循環伏安法(cyclic voltammogram)檢測其電化學電容特性。
根據這些結果，我們發現：(一)非晶態二氧化釕(α-RuO2)擁有最佳的電容特性，特性電容達457F/g，薄膜的厚度幾乎與電容量成正比，所以質子的交換可以涵蓋整個鍍膜深度。 (二)鍍膜時間拉長之後，會因為電漿加熱基板造成結晶的現象，可能會造成電容量下降。 (三)電容隨著掃描速率增加而下降，越厚的試片下降越快，300nm的試片在500mV/s的掃描速率下，電容為1mV/s時的50%。 (四)使用射頻磁控濺鍍法所製作的二氧化釕，經過500次的cycle後電容量為95%具有極佳的耐久度與穩定性。

關鍵字

超級電容 ； 反應式濺鍍 ； 氧化釕 ； 掃描速率 ； 特性電容

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並列關鍵字

Supercapacitor ； reative sputter ； ruthenium oxide ； scan rate ； specific capacitance

參考文獻

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