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以反應式磁控濺鍍沉積AZO透明導電膜之特性研究

氧化鋅(ZnO)為一種具纖鋅礦結構之寬能隙半導體，其在太陽能電池、表面聲波元件、氣體感測器等元件中被廣泛的應用。近年來，由於透明導電膜之需求量大，因而有許多研究積極開發透明導電膜之材料，由於AZO具與ITO可比擬之光電性質，且具成本低、無毒性且在氫電漿中具穩定性等優點，因此已成為透明導電膜領域開發欲取代ITO材料之主要項目。 本實驗利用自製之鋅鋁合金靶(Zn-1.1wt%Al ally target)以RF反應式磁控濺鍍法在室溫下於Schott B270光學玻璃基板上沉積透明導電膜AZO(ZnO：Al)，本實驗主要討論改變製程參數(氧分壓、沉積時間及RF 功率)對AZO薄膜電性及光學性質之影響。所製得之AZO薄膜以XRD、SEM、AFM、Hall-effect measurement、UV-VIS等量測分析其性質。結果顯示以XRD分析，所有AZO薄膜在2θ=34°附近均具氧化鋅之(002)從優取向，且無金屬鋅或金屬鋁之繞射峰產生；濺鍍時，僅需通入少量氧氣即可形成透光度佳之薄膜，且光學能隙隨載子濃度之提升而增加，此為藍移的現象，即著名之Burstein-Moss effect。AZO之電性，載子濃度、遷移率及電阻率間之變化可由雜質離子散射及晶界散射來解釋，兩者在不同參數下之透明導電膜內扮演著相互抗衡之角色。

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電漿氣氛對射頻磁控濺鍍法沉積AZO薄膜特性影響之研究

自然界中，玻璃是透明物質的代表，金屬則是導電物質的代表。因此兼具透明與導電的材料，可廣泛地應用至半導體光電產業如：平面顯示器、薄膜太陽電池、透明觸控面板及發光二極體等元件。本研究利用自製含3wt.%氧化鋁掺雜的氧化鋅陶瓷靶，以射頻磁控濺鍍法，於製程中添加12%的氫氣稀釋，成功地沉積具有良好光電特性的AZO薄膜於玻璃基板上。本研究以傳統陶瓷製程，藉著了解不同製程參數對陶瓷塊材之燒結性質變化的影響，製作尺寸精確的靶材。實驗結果顯示，以升溫速率4℃/min於1100℃持溫6小時燒結，可得到收縮率14%及相對密度85%之2吋AZO陶瓷靶材。將自製靶材搭載自行組裝之射頻磁控濺鍍系統，在固定基板靶材間距7cm下，探討鍍膜時間(T)、工作壓力(Wp)及RF功率(P)等電漿製程對薄膜性質的影響。所有磁控濺鍍AZO薄膜試片僅出現(002)面擇優取向的繞射峰，且隨沉積時間增加、工作壓力降低及RF功率提高，結晶性隨之增加，電阻率也隨之下降。接著在最佳製程條件：P=120W、Wp=210-3Torr、T=60min下，以0~40%的氫氣比例稀釋以改善薄膜特性。AZO薄膜在12%氫稀釋下，可大幅降低電阻率(ρ)。最佳條件為膜厚424nm，電阻率ρ=3.378×10-4Ωcm且在可見光範圍有85%的穿透率。雖然沉積120min增加薄膜厚度至1175nm，可得到最低電阻率ρ=2.629×10-4Ωcm，但在可見光範圍的平均穿透率卻降低至80%。隨掺雜氫氣之比例增加，載子濃度變多，導致光學能隙隨之變寬，此即為Burstein-Moss效應。

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稻殼以水熱法合成矽氧氮化物之研究

稻殼在800℃、持續2小時的燃燒後，可以移除大部分的碳及有機物質，殘留下來的稻殼灰主要為二氧化矽(cristobalite)、及一些金屬物質。因此我們利用稻殼灰為原料，添加不同添加物作為礦化劑，並控制反應溫度、時間，嘗試合成出矽氧氮化物粉末，此篇研究顯示出在(HF+Rhs) + NH4OH，250℃，24hrs 可以合成出均勻度最佳的Si2N2O粉末。

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二氧化矽披覆奈米碳管材料之場發射特性研究

本研究合成及探討非晶質二氧化矽薄膜披覆多壁奈米碳管，結構與 場效之穩定性，以製備新型場發射陰極發射源。多壁奈米碳管經硝酸處 理後，以四乙氧基矽甲烷做為前趨物的溶膠凝膠法，披覆非晶質二氧化 矽於奈米碳管表面。利用不同前驅物的量，以控制不同的批覆厚度。藉 由X-ray 繞射結果來確定二氧化矽的非晶質結構，由紅外光譜儀可得知 二氧化矽之鍵結。由於二氧化矽具低熱傳導性，在熱重分析圖形中，奈 米碳管的氧化溫度隨著批覆二氧化矽厚度增加，而有明顯的提升。利用 掃描式及穿透式電子顯微鏡觀察二氧化矽批覆奈米碳管之表面形態及 其批覆介面，以量測二氧化矽之批覆厚度。場發射結果顯示，當二氧化 矽批覆層厚度在10nm 以下時，其起始電壓會較未批覆之奈米碳管為低。 此外，當二氧化矽完整的批覆於奈米碳管表面時，其場發射電流在時效 測試下會更為穩定。

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混成針狀奈米氧化鋅/奈米碳管之合成 與氣體感測性質研究

為了改進傳統金屬氧化物半導體只能在高溫時操作的缺點，新型態的「混成材料」被發展出來。結合新特性的混成感測材料可以在較低溫度時偵測到氣體時之電阻值的變化。 一維的奈米材料具有「訊號傳導」與「高比表面積」之特性，適合發展於功能性應用方面，例如氣體感測元件。“奈米針狀氧化鋅和多璧奈米碳管的混成材料”即為一維奈米混成材料。本研究將利用水熱法，在140℃熱處理溫度，製備奈米級針狀氧化鋅與多壁奈米碳管的混成材料，並藉由EDS、XRD、SEM、TEM、HRTEM的檢測，對於混成材料進行成份分析、表面形態及內部結構的觀察。 本實驗分別對於奈米針狀氧化鋅/多壁奈米碳管的混成材料以及多壁奈米碳管，於不同溫度、不同NO2氣體濃度時進行感測性質之比較。實驗結果顯示，奈米針狀氧化鋅和多壁奈米碳管的混成材料相較多壁奈米碳管具有更高的靈敏度與較佳的回復性質。

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奈米功能性混成Pt/TiO2/CNTs材料之合成與性質研究

本研究的主要動機在於合成功能性奈米混成功能性催化材料，並對此奈奈米混成材料的結構因子與催化特性之間作相關性的研究與討論。希望藉由導入擁有高石墨化程度與高表面能之多壁奈米碳管與貴金屬及半導體氧化物的混成材料系統，研究白金與二氧化鈦在多壁奈米碳管為載體系統之相變化與觸媒催化特性。 本研究針對二氧化鈦/多壁奈米碳管、白金/多壁奈米碳管和白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管等三個奈米混成材料進行合成與特性研究。研究證明可以藉由溶膠凝膠法合成出二氧化鈦/多壁奈米碳管混成材料。由於多壁奈米碳管對混成材料結構上的影響，使附著於碳管上的奈米二氧化鈦顆粒即使在1000℃高溫下燒結一個半小時，依然可以維持銳鈦礦的結晶相。本研究同時使用多元醇法來合成白金/多壁奈米碳管混成材料。 5~10奈米大小的白金奈米顆粒可均勻的分散在多壁奈米碳管上；在通氫除氯的催化反應上，此白金含量大約25.7％的混成材料，顯示出極為穩定的選擇率和高的轉換率。 除此之外，本研究也成功地結合溶膠凝膠法與多元醇法來製備合成出新型態的白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料；研究結果顯示大約2奈米的奈米白金顆粒分布於大約40奈米高溫銳鈦礦相二氧化鈦與酸洗改質之多壁奈米碳管表面，成為一個結合化學催化與光催化的新型態功能性奈米混成材料。在一氧化碳還原的催化反應上，結果顯示導入奈米碳管當載體的白金/多壁奈米碳管和白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料，在室溫下即可達到一氧化碳100% 的轉換率。白金/二氧化鈦/多壁奈米碳管奈米混成材料，此結合化學觸媒與光觸媒的混成材料， 更可以在紫外光的照射下， 維持穩定的一氧化碳轉換活性。

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奈米二氧化鈦基混成系統之二氧化氮氣體感測行為研究

本研究的主要動機在於開發有效率的氣體感測材料，用來監控有毒氣體，例如：一氧化碳、臭氣、氧化硫及氧化氮等，進而對環境的保護做出一些努力。 許多年來，部分半導體材料由於具有電阻變化的特性，成功地被用來偵測氣體。其中，金屬氧化物半導體(MOS)因為適合與電子裝置結合，因此吸引許多研究人員及使用者廣泛地將其應用在氣體感測器方面。 本研究藉由溶膠凝膠法製作出新型態的奈米混成材料：二氧化鈦/多壁奈米碳管以及二氧化鈦/碳黑。將前趨物鈦酸異丙酯(TIP)稀釋於異丙醇(IPA)中，再加入多壁奈米碳管或碳黑，經過攪拌及在氬氣氣氛下燒結後，形成二氧化鈦/多壁奈米碳管以及二氧化鈦/碳黑的奈米混成材料。 研究證明利用溶膠凝膠法可以在多壁奈米碳管以及碳黑的表面上披覆二氧化鈦層，且因為碳材料加入的混成作用，使得感測器具有較低的操作溫度，因此克服了純二氧化鈦無法在低溫下操作的缺點。本研究並依相同生成物之比例，以攪拌方式製成混合材料，與新型態二氧化鈦/碳黑進行比較。結果顯示不同製程會生成不同結構之奈米材料，進而展現出不同的感測特性。其中以二氧化鈦/碳黑(重量比4:1)之奈米混成材料在150℃感測時，對於二氧化氮具有較佳的穩定度及回復程度。這些結果說明此簡單又經濟的奈米材料製程將來應用在實際氣體感測器的可能性。

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異丙醇電漿聚合細胞親和性表面之研究

摘要 聚苯乙烯(PS)為熱塑性塑膠，目前廣泛應用於食品包裝及資訊家電，成本低，可作為培養細胞之材料；具有耐衝擊性，亦可作為身體植入材之優良選擇。由於其本身屬疏水性及化學安定性，較不利於細胞之貼附，所以必須進行適當的表面機能化改質，且不會對材料內部的結構造成破壞，以達到以下幾項基本要求: (1) 親水性-增進細胞親合性。 (2) 高含氧量-促進細胞之貼附及增生。 (3) 生物降解性-順利誘導細胞增生。因此，本研究以聚苯乙烯及矽晶片為基材，利用表面高能氬氣電漿前處理，以清潔材料表面，接著施以異丙醇(Isopropyl alcohol)電漿處理，製備均勻細緻的薄膜，增進材料表面之親水性及含氧量，促進細胞之貼附及增生。本研究探討所聚合超薄膜受電漿條件的影響，如沉積速率受單體承受能量W/P的增加影響，隨W/P增加至0.8 (40W 50mtorr)而達最大值，然後小；其親水性亦有相同之趨勢。由掃描式電子顯微鏡觀察，經異丙醇電漿處理後之聚苯乙烯及矽晶片， 表面披覆一層相當均勻細緻的沉積膜，在W/P=0.8時，細緻的薄膜上有分佈似雪花的島狀物產生。異丙醇電漿聚合薄膜含有－C＝O，－OH及－COOH等結構；故從水接觸角測試可知聚苯乙烯(PS)從70°降至51°改善親水性。薄膜在PBS溶液中有衰退現象，二十天後剩下約45％wt，而在40W 4.85Pa 15min條件下沉積的薄膜，保存在空氣中15天後，其水接觸角回復至約53°。腸道細胞(Caco2)培養， 結果發現PS經過電漿處理後，細胞貼附率可達九成，細胞增生性大幅改善，甚至比市售的細胞培養皿(NUNC:159910, 70NT/per)有更好的貼附性及增生性，而異丙醇電漿處理便宜且低汙染，故作為生醫材料之表面改質實為優良之選擇。