交通大學材料科學與工程系所學位論文
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本論文研究原子層沉積法在染料敏化太陽電池之二氧化鈦電極鍍上超薄之氧化鋁膜層。此太陽電池之效率(PCE)因二氧化鈦電極鍍上一層約0.2 nm厚之氧化鋁而從5.75%增加到6.5%，比未鍍氧化鋁時之效率增進了13%。在本研究中，我們研究了此太陽電池之氧化鋁(殼)/二氧化鈦(核)電極之能階、覆蓋率與成長模式三大題目。主要成果依序敘述如下： 我們發現介面Ti-O-Al(OH)2及極性層對氧化鋁/二氧化鈦電極之功函數有極大之影響，且氧化鋁厚度愈厚則氧化鋁/二氧化鈦電極之價電子能帶最大值及能隙就愈接近氧化鋁體材之值。在效率最大時，其介面功函數差距為0.4 eV，介面復合能障為0.1 eV。當氧化鋁厚度愈厚時因為穿隧效應則效率大幅下降，此太陽電池之效率增加時，因超薄氧化鋁之適宜能階而使得電子傳輸過程中並沒有穿隧效應之發生，因此，我們提出了介面功函數差距、介面復合能障及介面能障等參數與此材料之效率提升之新看法。此外，也確認介面Ti-O-Al(OH)2及極性層對氧化鋁/二氧化鈦電極之影響。 此外，我們建立了一覆蓋率之計算模型以測量染料敏化太陽電池之殼/核電極之覆蓋率，我們利用光電子能譜儀分析此殼/核電極之奈米二氧化鈦顆粒，確認此模型可應用在染料敏化太陽電池之氧化鋁/二氧化鈦電極之覆蓋率計算。結果顯示氧化鋁之覆蓋率隨其厚度及反應循環次數增加而增加，且以原子沉積法鍍上之氧化鋁膜層呈現島狀成長模式。而此太電最高之轉換效率出現在氧化鋁覆蓋率值為0.25時，顯示此太電電極若鍍上單原子層之氧化鋁且其覆蓋率值為1時,可能有機會增加其原太電轉換效率之52%。 最後，我們發現此研究中之氧化鋁膜層之成長模式在ALD 反應次數為5 次以上時，特別是在銳鈦礦之二氧化鈦電極上會開始從島狀成長轉換成層狀成長。我們推論這是因為受到奈米二氧化鈦顆粒之壓應力減少之影響，而我們也證實了壓應力隨著ALD 反應次數增加而減少，也導致了島狀成長轉換成層狀成長之狀況發生。
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由於封裝技術的進步，以微小接點來橋接晶片已是先進封裝的趨勢，而銲錫接點的微縮所帶來微小尺度的問題，是很重要的議題。 本研究分析不同厚度的Sn2.3Ag銲錫與銅金屬墊層反應的影響。在260℃定溫下，迴銲2μm、5μm、9μm與19μm四種不同厚度的銲錫，經過1分鐘、5分鐘、10分鐘、20分鐘與30分鐘的迴銲時間，並用掃描式電子顯微鏡觀察量測Cu6Sn5介金屬化合物的大小。結果發現不同體積的銲錫，對Cu6Sn5介金屬化合物生長沒有影響。 因為錫與銅金屬墊層反應生成介金屬化合物，使剩餘銲錫內之銀濃度上升，增加片狀Ag3Sn生成的可能。2μm厚度的銲錫，在迴銲2分鐘看到大片Ag3Sn析出，而在5μm厚度的銲錫，在迴銲11分鐘後，有68%的機率看到大片Ag3Sn析出。經由理論預測剩餘銲錫內之銀濃度上升到3.5wt.%的迴銲時間，2μm厚的銲錫是1.5分鐘，5μm厚的銲錫是10.2分鐘，也十分符合觀察的結果。 而在150℃高溫儲存測試中，5μm、9μm與19μm三種不同厚度的銲錫，經過100小時、200小時、500小時與1000小時的高溫儲存時間後，最後量測發現不同銲錫體積，對Cu6Sn5與Cu3Sn介金屬化合物的成長，並無影響。
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本論文以矽晶圓為基材開發許多不同的金屬輔助奈米閘極堆疊結構，包括: SiO2/Ir-NCs/SiO2/Si-Sub、SiO2/Ir-NCs/Si3N4/SiO2/Si-Sub、SiO2/Ir-silicide- NCs/SiO2/Si-Sub、SiO2/Ir-NCs/SiO2/Si3N4/Poly-Si、SiO2/Ni-NCs/Si3N4/SiO2/Poly-Si、 SiO2/Si3N4/Ni-NCs/Si3N4/SiO2/Poly-Si、SiO2/Si3N4/SiO2/Poly-Si和Al2O3/Si3N4/Ni- NCs/Si3N4/SiO2/Poly-Si 等堆疊結構，並致力於薄膜電晶體非揮發性記憶體元件之應用。其中，所應用到的金屬奈米粒子如: 銥、矽化銥、鎳等奈米粒子，皆採用物理氣相沉積的方式鍍上奈米薄膜再以快速升溫退火或氫電漿處裡的方式製作出奈米粒子。本論文主要的實驗參數包括:三維尺寸分佈的金屬點堆疊層厚度、材料、載子穿隧層工程、預處理的溫度及時間。而其他的堆疊層則是用化學氣相沉積或物理氣相沉積之方式沉積，並將所堆疊完成的結構及元件的各個部位的利用黃光微影製程定義出來。每種堆疊結構和特性皆以掃描式電子顯微鏡 (SEM)、穿透式電子顯微鏡 （TEM）、X射線光電子能譜儀 (XPS)、電容-電壓(C-V)和電流電壓(I-V)測量去分析其結構與性質。 透過比較銥輔助"SiO2/Ir-NCs/SiO2/Si-Sub"和"SiO2/Ir-NCs/Si3N4/SiO2/ Si-Sub"閘極堆疊，其結果顯示使用只有單層氧化矽比氮化矽/氧化矽之雙層非對稱型載子穿隧層的寫入/抹除 (P/E) 效率較低，並且也具有較小的記憶窗(memory window)，在+ /-10 V 掃描電壓條件下前者達 8.1 V 而後者高達 12.6 V，並且兩者在經過104秒之後，後者只比前者少5 % 的資料保留力，此外，以 +/-9 V, 100 ms 作耐操度的測試在經過104 週期的條件下並沒有顯著劣化。在雙層的非對稱型結構作用下，電子在寫入操作時，在相同的物理厚度下，相較於只穿隧一個高屏障材料，可藉由穿隧一個高屏障材料和一個低屏障材料，輕易地進入電荷補陷中心。 比較矽化銥"SiO2/Ir-silicide-NCs/SiO2/Si-sub"與銥奈米晶體的閘極堆疊結構，結果顯示前者的堆疊結構有更大的記憶窗（可達14.2 V，於+/-10 V掃描電壓條件），但其資料保留能力比後者降低約 78%。此外，以矽化銥奈米晶體為電荷捕陷中心的閘極堆疊結構，其電荷捕陷密度約為 1.06 × 1013 cm-2，此表示其為一具高捕陷效率的閘極堆疊。 有關於銥奈米晶體躺在氮化矽/氧化矽之不對稱穿隧結構上的薄膜電晶體式非揮發性記憶體 (TFT-NVM)的性能研究，結果顯示，即便比之前討論的堆疊(氮化矽/氧化矽 = 3 nm/3 nm)使用較厚的穿隧層厚度(氮化矽/氧化矽 = 5 nm/5 nm)，其仍具有寬大的記憶窗(5.5 V)。此外，104 秒的保留時間之後, 記憶視窗仍可維持達 4.0 V，作為邏輯訊號的辨別以相當足夠。這可能是因為以非對稱穿隧層操作元件所產生的優勢加上銥奈米晶體的密度也以達到文獻中所建議的最佳範圍（在本論文中，銥奈米晶體的密度約 6 x 1011 cm-2，銥奈米晶體直徑約4至12 nm)。 鎳奈米晶體可以成功在450oC下被製造，此製程溫度遠低於一般玻璃基板的耐熱溫度(600oC)並可應用於低溫多晶矽的TFT-NVM。這可能是由於使用氫電漿預處理及使用鎳材料的緣故。此外，鎳奈米晶體密度約為 5 x 1011 cm-2，是已靠近優化的數值。結果還顯示，在 104秒的保留時間後，可以達到約 1.1 V的記憶窗大小，但之所以數值小於上一個堆疊結構，是因為鎳材料具有較小的功函數和此閘極堆疊結構有較薄穿隧層。 透過檢查氮化矽層厚度的影響，結果證明較薄氮化矽厚度（< 5 nm）並且無奈米晶體的堆疊結構，幾乎沒有探測到具有記憶窗。換句話說，薄的氮化矽層幾乎沒有電荷捕獲能力，即可作為一個穿隧層。本實驗的結果還顯示，較厚的氮化矽層(約 15 nm) 可以用來當作具有缺陷密度的電荷捕陷層。在以+/-18 V, 1 s為寫入/抹除條件且無奈米晶體的輔助下，只能獲得約2 V的記憶窗大小，因此，單純以氮化矽層為電荷捕陷層，在操作電壓與記憶窗的大小上必須做出取捨。然而，在閘極堆疊中加入鎳奈米晶體（氧化矽/氮化矽/鎳奈米晶體/氮化矽/氧化矽/多晶矽) 在相同的操作電壓條件下，便能夠進一步增加記憶窗大小達 3.2 V。這是因為除了鎳奈米晶體具有很好的捕陷電荷能力之外，此堆疊結構也產生了很多的異質接面在氮化矽與鎳奈米晶體之間，這些異質接面可能也進一步製造更多的捕陷電荷中心。 將上一組實驗的氧化矽阻絕層（~ 15 nm)更改為很薄的氧化鋁層（~ 5 nm），使得原來電荷從通到注入的操作模式，改由從閘極注入去取代，而其堆疊設計的穿隧機制仍為Fowler-Nordheim機制。結果顯示，由鎳奈米晶體輔助的金屬-氧化鋁-氮化矽-氧化矽-多晶矽之閘極堆疊結構可以大大減少其寫入與抹除的操作電壓，（在-10 V與+ 8 V的操作條件下，記憶窗大小約 4.2 V 歲)，並維持可接受的資料保留能力（在經過104 秒後，仍有約1.6 V 的記憶窗大小）。此設計理念主要是透過更改材料以提高電荷穿隧的能力，但不會顯著降低電荷保留能力。總之，本實驗基本上針對於各類奈米晶體輔助的閘極堆疊進行其性能的研究，而形成奈米晶體的製程溫度主要有兩類（< 600oC 或 ~ 900oC)，由於兩類的溫差很大不會相互影響，也造就了可製作三維堆疊結構之非揮發性記憶體的優勢。而穿隧和捕陷層工程包括了:非對稱穿隧結構、閘極注入結構、閘極介電材料、金屬材料及厚度，皆可用於設計不同的元件，應用於不同的非揮發性記憶體。
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本論文以拉電子基團thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione（TPD）為受體，與平面性良好之推電子基團3,6-dioctylthieno[3,2-b]thiophene（TT）為予體，合成出具有結晶性之共軛高分子PTTTPD，同時也與4-(heptadecan-9-yl)-4H-dithieno[3,2-b:2',3'-d]pyrrole（DTP），合成具有低光學能隙之共軛高分子PDTPTPD。 此外，為降低立體障礙，在TT與TPD單體間和DTP與TPD單體間插入噻吩做為spacer，合成出PDTTTPD、PDTPDTTPD。 PTTTPD、PDTTTPD具有高結晶性，高熱穩定度，PTTTPD高分子與PCBM混摻製成塊狀異質介面太陽能元件，其光電轉換效率為0.25 %。將PDTTTPD高分子與PC71BM混摻後，同時再加入添加劑1 % DIO，製成塊狀異質介面太陽能電池元件，具良好之元件特性，效率可達5.1 %，Voc可達0.86 V。 PDTPTPD、PDTPDTTPD則具低光學能隙及高熱穩定性質，將此兩高分子分別與PCBM混摻製成塊狀異質介面太陽能電池元件，其能量轉換效率為1.86 %與0.76 %，PDTPDTTPD加入1% DIO添加劑後，有些許的提升至1.16 %。
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仿生科技近年來成為研究材料科學一個熱門的領域。科學家透過模仿大自然的生物研究出各種具有不同功能的人造材料，其效能甚至遠高於自然本身所具備的。在本篇論文中，我們提出三種新穎的功能性仿生奈米材料起源於蛾眼結構、壁虎腳和玫瑰花瓣。 蛾眼是由約300奈米高和間隔的突起物所組成之類最密堆積結構，可以有效地降低其反射率。因此，我們將金屬沉積在鋁和基板之中，利用陽極氧化的方式處理，這層金屬也會隨之氧化而形成奈米結構點狀陣列，有如蛾眼結構。並且我們可操控這些結構，由空心到實心，或由半球形到錐狀的陣列。利用這些次波長的奈米錐狀陣列，我們可以應用在不同的基本上形成抗反射層對於任何角度的入射光，並具有良好的機械性質。此外，這種空心的錐狀結構也被我們拿來開發成新穎的光電極結構並應用在增進染敏太陽能電池的效率。透過自主裝的二氧化鈦空心錐狀陣列和二氧化鈦奈米管壁並用陽極氧化鋁相互隔開已經被我們沉積在在導電透明基板上。此種結構應用在染敏電池上可以增加染料接觸面積、提供更直接的電子傳輸路徑並能降低電子電洞的的復合，因此可提升光電轉化之效率。 由壁虎腳所引起的乾式黏附力已引起了各界的關注，透過表面的粗糙度和指向性的改變,使其擁有強大的黏附力和微弱的脫附力且可重複使用為其迷人之處。近來，關於壁虎腳的仿生結構在理論及實驗方面的研究已被相繼提出。然而，這些研究與自然的壁虎相比之下，有著受限於材料方面的缺點；但在我們的研究中, 我們設計了一有效的方法來製作出創新的結構來更符合理想的乾式吸附力。我們首次提出，以去耦兩階段硬式陽極氧化的方式，來製作出長1.3微米、直徑380奈米的錐形陽極氧化鋁模板；經過翻模的過程後，得到了具有傾斜角度的錐狀奈米陣列。此錐狀奈米陣列在大面積的表現上具備了出色的方向性、可重複使用性及水潔淨的特性。與一般的柱狀奈米陣列相比，錐狀奈米陣列有更好的穩定性和自潔淨的特性。藉由錐狀奈米陣列在各具方向性的力上亦有出色的表現：剪力可達到每平方公分8牛頓之強, 而反方向的脫附力卻僅需要每平方公分1.4牛頓。 不同於蓮葉效應，最近幾年科學家被玫瑰花表面所深深吸引，其表面具有超疏水的特性和高水滴吸附力。此種現象是由花瓣上面微米尺度的凸起和奈米結構所產生。直至今日，許多研究者仍對如何去製造出此等複雜的結構並使其應用而感到困擾。我們發展出一種由下而上的方法：藉由簡單的酸雕刻技術來製作具有高水滴吸附力和自潔淨特性的超疏水聚二甲基矽氧烷(PDMS)。此類花瓣的聚二甲基矽氧烷其有30微米的寬度、奈米皺褶約在500奈米和小於100奈米的奈米結構。在長時間的檢測下，其也能展現大於150度的水滴接觸角。更甚者，此類花瓣展現了高水滴吸附力達到35.8 N/m2。除此之外，從酸雕刻技術得來的兩種超疏水表面讓我們得以用來製造一個新型無殘留的印章。其超疏水且對水滴具吸附力的區域可用於將染料從印章轉移至紙上。而超疏水具備自潔淨的區域可以避免染料沾附上去。
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氮化銦鎵發光二極體（InGaN-based LEDs）近年來因其在指示燈與一般照明的廣泛應用而備受關注,特別是最近在平板顯示器光源與白光照明的應用，目前高功率 LED 是最有可能取代傳統白熾燈和螢光燈的候選人，因此使得 LED 的壽命與可靠性問題益發重要，老化測試則是傳統最常用來研究並評估 LED 壽命和性能的方法之ㄧ，對發光二極體而言,如 PN 介面溫度、電流密度、環境溫度和靜電放電（ESD）均會導致發光二極體的逐步老化失效，由此可知，LEDs 的衰退機制是複雜且難以獨立分開分析的。本研究目的就是試圖逐步釐清熱應力、電應力和靜電放電對高功率氮化銦鎵發光二極體造成的傷害現象,並進一步探討氮化銦鎵發光二極體的老化與失效機制。 首先，本研究利用 1W 大功率的白光發光二極體,設計不同的老化條件,並經過 6000 小時以上長時間的燒機(burn-in)測試,觀察發光二極體晶片與封裝材料的逐步老化現象與相互影響因素。實驗結果顯示發光二極體的光通量會隨著不同的熱應力和電流密度出現不同的衰減，並計算在各種燒機應力下的 PN 界面溫度， 以探討熱應力對發光二極體光通量退化的影響。較高電應力的老化條件在短時間內即可導致發光二極體晶片內的逆向漏電流增加。而在長時間燒機實驗中,則可發現發光二極體的封裝因 PN 界面溫度影響而逐步老化，晶片上方的光學透鏡表面產生裂縫並且漸漸黃化，此現象將使得發光二極體的光取出效率變差而造成光通量退化。 其次，我們將重點放在解讀氮化銦鎵發光二極體晶片的各失效特徵，並且提供一個發光二極體晶片的老化失效模型，利用此老化電路模型對發光二極體活性層(active layer)中出現過低啟始電壓(turn-on voltage)的現象進行探討，研究此現象在發光二極體老化過程中扮演的角色，並利用失效分析驗證模型推估結果與實驗數據相匹配，進一步發現 V 型缺陷相關的差排(threading dislocation)在活性層扮演一個電流分流路徑,造成發光二極體電流分佈不均勻的現象，驗證氮化銦鎵發光二極體的電流分佈均勻性可做為評估其可靠度的關鍵性指標之ㄧ。 最後，對水平結構且以絕緣藍寶石為基板的氮化銦鎵發光二極體而言，靜電(ESD)耐受性的能力更是其磊晶與製程可靠性的重要指標之ㄧ，實驗數據顯示具有較小的逆向漏電流的發光二極體晶片擁有較好的靜電耐受性，而根據我們上一個的實驗結果，發光二極體晶片的相關電特性與晶片的表面形貌有很強的關聯，因此針對發光二極體表面的 V 型缺陷進行探討，發現局部性的缺陷，如 V 型缺陷和其相關差排，會在承受靜電時形成極高的局部電場，並造成小區域嚴重的靜 電放電損傷，因此，V 形缺陷和晶片的表面形貌都與發光二極體晶片的靜電耐受性能力有很強的關聯性。 總而言之，我們認為一個擁有良好熱管理設計、電流分佈均勻、表面缺陷較少和低差排密度的氮化銦鎵發光二極體晶片將具有較高的可靠度與使用壽命。另一方面，對於發光二極體的封裝形式與材料而言，降低封裝材料的操作溫度與採用耐高溫的封裝材料是改善可靠度的兩個主要方向，可有效減緩發光二極體的光通量衰減速度。
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本研究以電子顯微鏡進行觀察與分析三種不同面向的非極性ZnO薄膜整體的顯微結構，其中包括晶向關係，界面，晶體缺陷與成長機制。非極性ZnO薄膜則以脈衝雷射沉積法分別成長於(001)、(112)以及(114)面向的鋁酸鑭(LaAlO3, LAO)基板上。 經由橫截面穿透式電子顯微鏡(cross-sectional transmission electron microscopy, XTEM)的選區繞射(selected area diffraction, SAD)圖形發現於(001)LAO上所得到的a面ZnO薄膜是由兩組互相垂直的晶區所組成。根據SAD可得出a面ZnO第一組晶區與(001)LAO間的晶體方為關係為[0001]ZnO-I//[110]LAO與 ZnO-I// LAO，而第二組晶區與(001)LAO的關係則為[0001]ZnO-II// LAO與 ZnO-II// LAO。在(112)LAO上所成長之ZnO則呈現m面( )磊晶薄膜的行為，其磊晶薄膜與LAO的晶體關係為[0001]ZnO// LAO與 ZnO// LAO。至於沉積在(114)LAO上的ZnO薄膜則呈現出接近 面向的磊晶，該ZnO與LAO間的晶體方位關係只具有單軸向平行，其關係為[0001]ZnO// LAO。 成長在(001)LAO上的a面ZnO薄膜顯微結構方面， XTEM影像的結果顯示，a面ZnO晶區以柱狀晶的形態形成，內部差排皆由其異質界面垂直向上延伸貫穿至薄膜表面。而在平面TEM(plan-view TEM, PVTEM)的結果中發現，a面ZnO晶區呈現L字型的形貌，且L字型雙臂的延伸方向為 ZnO與 ZnO(接近平行LAO的±[100]與±[010]方向)。藉由高解析PVTEM(high-resolution PVTEM, HR PVTEM)可以定義出ZnO晶區界面主要分為反轉晶界，近45°或45°界面與局部調整出現的r面( )雙晶界面。在晶體缺陷方面，該薄膜內部主要有差排、基面疊差(basal stacking fault, BSFs)與堆疊錯合界面(stacking mismatch boundary, SMB)，而SMB是由m面與r面串連組成。(001)LAO上的a面ZnO薄膜內部總差排密度約略為5×1010 cm-2，BSF的密度則約5×105 cm-1，至於SMB的密度大約3×105 cm-1。 對於(112)與(114)LAO上的非極性ZnO磊晶薄膜而言，其異質界面行為經由HR XTEM與其模擬影像比對後，可大至瞭解該異質界面的結構行為。模擬影像結果顯示在同一個異質界面中可能存在一種以上的界面結構，其原因主要是由於界面中晶體缺陷的影響，如錯位差排或BSF。而在異質磊晶界面上，HR XTEM顯示BSF的產生可能對於界面應力釋放具有某種程度上的幫助。在非極性ZnO磊晶薄膜內主要的晶體缺陷同樣為差排、BSFs與SMBs。根據PVTEM的分析，非極性ZnO磊晶薄膜中的SMBs會轉折甚至會迴轉形成迴圈，SMBs的形成主要是由於兩個平行的晶體在邊界包含數量不均的BSFs接合後所造成的界面。在(112)LAO上的m面ZnO磊晶薄膜中，總差排密度約為5.1×1010 cm-2，BSF的密度則約4.3×105 cm-1。至於在(114)LAO上的 面ZnO磊晶薄膜中總差排密度大約3.8×1010 cm-2，BSF的密度則約略為3.1×105 cm-1。 非極性ZnO薄膜的成長機制在藉由自主裝直立式化學氣相沉積系統的非極性ZnO磊晶薄膜成長實驗結果獲得佐證。非極性ZnO薄膜成長過程中，m面與r面在薄膜成長初期便已存在島狀晶粒表面，其中以m面數量最多，而薄膜成長過程中ZnO島狀晶粒的接合便是靠m面與r面進行接合。在a面ZnO晶區的接合過程中，由於存在於島狀晶粒上的r面，使得a面ZnO晶區的界面為了降低界面能而形成近45°或45°界面與r面雙晶界面。在(112)與(114)LAO上的非極性ZnO磊晶薄膜方面，薄膜成長初期島狀晶粒的m面以及r面會和延伸至晶粒邊緣的BSFs交會，最終便形成SMBs。而對於a面ZnO晶區中的SMBs，其形成方式也與非極性ZnO磊晶薄膜中的SMBs相同。由於ZnO島狀晶粒表面上m面所佔比例最大，因而會使其晶粒成為屋脊狀的形貌，薄膜沉積完畢後由m面所構成的屋脊形貌會有些微保留在薄膜表面。由掃描式電子顯微鏡便可觀察到ZnO薄膜表面形貌具有許多平行c軸的線條。
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本論文是研究結合陽極氧化鋁模板(AAO)及無電鍍技術(electroless plating)在矽基板上製作出規則排列的鎳奈米柱陣列(Ni nanorod array)。研究中發現Ni nanorod array之磁性表現與其微結構有直接之關係。穿透式電子顯微鏡(TEM)的分析結果發現Ni nanorod array之結構為微晶結構(nanocrystalline)其平均晶粒尺寸2~3nm，此微晶結構導致Ni nanorod array表現出超順磁(superparamagnetic)的磁性行為。Ni nanorod array經400℃退火後發現磁性表現由超順磁轉變為鐵磁(ferromagnetic)行為，利用TEM觀察Ni nanorod array之暗視野影像(dark field image)發現經退火後Ni nanorod array之微結構由微晶轉變為片狀(laminar)之晶粒結構，由橫截面的暗視野影像發現片狀結構之成長方向平行Ni nanorod array之長軸。研究結果發現微結構的改變驅動超順磁轉變為鐵磁的磁性相變化行為。 研究中的另一主題是將Ni nanorod array置於大氣氣氛下退火後製作出鎳-氧化鎳之核-殼奈米柱陣列(Ni-NiO core-shell nanorod array)。HRTEM發現經大氣下退火後Ni nanorod表面生成多晶結構(polycrystalline)之氧化鎳殼層，鎳柱與氧化鎳殼層之界面發現有第二相析出。不同的退火條件造成氧化鎳殼層厚度及鎳柱微結構的改變而此改進而影響Ni- NiO core-shell nanorod array之電性及光感測的表現。鎳-氧化鎳所形成的異質接面表現出整流特性，研究中發現此接面在未施加外加偏壓情況下，紫外光(ultra-violet)照射時會有顯著的光電流(short-circuit photocurrent)產生，此結果顯示Ni- NiO core-shell nanorod array有做為紫外光感測器的潛力。 研究中的最後主題是利用原子層沉積技術(ALD)在Ni nanorod上沉積二氧化鈦(TiO2)進而製作出鎳-二氧化鈦之核-殼奈米柱陣列(Ni-TiO2 core-shell nanrod array)。TEM分析結果得知利用ALD所沉積之二氧化鈦殼層為多晶結構且厚度相當均勻其厚度為11nm。研究中發現鎳-二氧化鈦(Ni-TiO2)之異質接面具有整流特性且在未施加外加偏壓情況下，紫外光照射時會有顯著的光電流產生，此結果顯示Ni-TiO2 core-shell nanrod array有做為紫外光感測器的潛力。此外將Ni-TiO2 core-shell nanrod array與TiO2 nanotube array兩者做紫外光感測效果上之比較，結果發現接面面積越大則產生之光電流越大。