氧化銦錫奈米線成長與摻雜量對光電特性影響之研究

Effects of Doping Concentration on Photoelectrical Properties and Growth of Tin-Doped Indium Oxide Nanowires

張博郁

指導教授 ： 林樹均

國立清華大學/工學院/材料科學工程學系/碩士(2012年)

摘要

本研究利用VLS機制以熱蒸鍍法在不同的溫度及通以氧氣的情況下合成出氧化銦錫奈米線，在實驗的過程中，藉改變持溫溫度、氧氣的流量及來源粉末比例等變因，來比較所合成出之氧化銦錫奈米線形貌以及性質上的差異，尋找出一個最佳的奈米線製程參數，最後將以此參數合成出的氧化銦錫奈米線作發光特性並比較不同錫摻雜量之間的關係。
以場發射式電子顯微鏡 (FESEM) 分析於適當氧流量下所合成出的奈米線，可觀察到在改變持溫溫度時，會影響到奈米線的外在形貌，溫度愈高時奈米線成長十分迅速，但形貌上極為不佳。X光粉末繞射儀 (XRD) 及穿透式電子顯微鏡 (TEM) 確認奈米線的結構為單晶的cubic bixybyite結構，不會因為持溫溫度及粉末比例等各項因素的改變而改變，成分分析利用X光光電子能譜儀 (XPS) 和奈米級歐傑電子能譜儀，奈米線的銦錫比例確實是會隨著來源粉末的不同而改變，此外，奈米線銦錫比例的不同也會影響到發光性質，在光致發光 (PL) 光譜圖和紫外光可見光 (UV-Vis) 光譜圖可以發現隨著摻雜錫原子的比例增加，其發光波段會往短波段的方向偏移，即藍移現象。
經由紫外光可見光光譜圖和Tauc關係式求出氧化銦錫奈米線的光學能階，發現光學能階隨錫摻雜量增加而增加。錫摻雜比例的增加，使得奈米線中的載子濃度提升，根據Burstein-Moss理論，由於載子濃度的增加，會造成電子會填滿導帶底部的低能區，使得能階增加，最後再藉由Burstein-Moss偏移公式可算出載子濃度。

關鍵字

氧化銦錫奈米線 ； Burstein-Moss效應 ； 載子濃度 ； 光學能階

參考文獻

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