真空科技/Journal of the Vacuum Society of the R.O.C.
臺灣真空學會,正常發行
選擇卷期
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渦輪分子真空泵浦（Turbo Molecular Pump）是在高真空狀態下運轉的真空泵浦，其流動之氣體已屬於自由分子流，分析時不可使用黏性流計算。因此本研究將發展一套分析模組作為渦輪分子真空泵浦轉子葉片分子動力學之最佳化設計與製作研究能量，並提出完整分析流程之方法供設計研發，以及建構單級和多級葉片之性能分析。本研究主要以轉子葉片分子動力學之最佳化設計與製作研究為目的，藉由稀薄氣體分子流所形成之高真空狀態設計葉片的幾何形狀，並再進行加工製作成型的研究。所以應用分子動力學觀念建立二維及三維葉片分析程式，再設計葉輪之幾何參數，其包含葉片長度、厚度、轉速、單級和多級葉片數，然後再進行葉片加工製作，以及轉子動平衡，並做模態分析與測試驗證，系統漏氣率真空度平臺性能測試等研究。本研究方法與致揚科技公司合作研發真空泵浦所建構之最佳化設計、分析、製作及改良葉片已達成設計目標。
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本研究利用溶膠 - 凝膠法製作氧化鋅（ZnO）奈米粒子，探討摻雜不同濃度的鋁（Al）對ZnO 奈米粒子特性的影響；並利用ZnO奈米粒子製作光檢測器，探討元件光響應特性。經由掃描式電子顯微鏡、X光繞射分析、光致螢光光譜以及拉曼光譜量測得知奈米粒子的材料特性。實驗結果顯示，將Al摻入ZnO後，因Al與Zn離子半徑不同影響原子排列結構導致結晶性變差，進而增加多聲子散射致使非輻射復合機率增加。此外，觀測有無摻Al的ZnO所製作之光檢測器，結果顯示摻Al的元件電流值較未摻 Al的元件大，其原因為 Al3+ 取代 Zn2+會多出一個自由電子，使得載子濃度增加以及電阻率下降。然而，當Al摻雜濃度高於5%時，多聲子散射現象增加而使得電阻率再度上升。另外，關於元件光響應的反應速度探討得知，因摻雜Al的ZnO具有較多陷捕中心，因此摻Al的元件反應時間常數較未摻Al的元件大。
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液晶在電場作用下的分子轉向特性，可產生較大的折射率變化，亦可在光波中的電場作用下進行分子轉向，產生很強的光學非線性。目前液晶應用於光波導的研究中，大多是作為披覆層，用以調變傳輸光波的相位，在本篇論文中，使用液晶作為光波導的核心層來傳輸光波，而以玻璃作為披覆層與液晶容器，藉由施加電壓於氧化銦錫透明電極上，而達到調控光波之目的。實驗上是在玻璃基板上製作半圓形的蝕刻凹槽，再以射頻磁控濺鍍法沈積氧化銦錫與氧化矽薄膜，然後以鍍有氧化銦錫薄膜的玻璃基板覆蓋於其上，在注入液晶與膠封後，製成液晶通道光波導。所製作的元件可在低電壓下進行操作，可較有效調控傳輸光波的強度或相位，未來可作為光積體電路中的重要元件。
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本研究以活性濺鍍法沉積氧化鈀（PdO）奈米片薄膜，探討PdO 對一氧化碳（CO）氣體感測的電性響應。PdO奈米片厚度僅十數奈米，表面因氣體吸附伴隨之電荷轉移會在薄片形成大範圍之空間電荷區，使薄膜電性發生顯著變化，同時該薄膜具有巨大表面積可吸附大量CO分子，提昇感測靈敏度。研究發現，PdO薄膜在 200℃時，對CO感測有最佳的響應速率與靈敏度，薄膜吸附CO分子後，電阻值升高，顯示奈米片內產生電荷空乏區，而PdO為p型半導體，此現象似乎為吸附之CO傳輸負電荷至薄膜，降低主載子電洞密度。XPS分析顯示在200℃感測環境下，PdO表面被還原成金屬Pd，因感測於真空中進行，缺乏氧氣氧化被還原之金屬Pd，因此薄膜對CO感測的靈敏度為CO吸附在PdO或Pd金屬表面仍有待於大氣中感測來釐清。
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二氧化釩（Vanadium Dioxide, VO2）為一種多功能的氧化物材料，具備金屬-絕緣相轉變特性，在相轉變時會導致物理性質的改變，可應用於智能的感測元件上，本實驗利用五氧化二釩（V2O5）粉末以熱蒸鍍法方式還原成二氧化釩奈米線，經由場發射掃描式電子顯微鏡（Field Emission Scanning Electron Microscope, FESEM）、高解析穿透式電子顯微鏡（High-ResolutionTransmission Electron Microscopy, HRTEM）、X光繞射儀（X-Ray Diffractometer, XRD）與拉曼光譜儀（Raman Spectroscopy, Raman）進行置備的材料分析，並研究其光致相變特性，本研究以紫外燈光（λ=254 nm）照射二氧化釩奈米線，使得二氧化釩奈米線由單斜晶轉變為正方晶相，研究發現在照射紫外光下，二氧化釩能帶結構由原本分裂的dïï能帶，會結合成一個能帶並與π能帶部分結合，最後費米能階會落在兩能帶之間，使得二氧化釩由半導體相轉變為金屬相導電率因此提升，反應與回復時間在1秒內。
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本研究採用濺鍍氣壓結合基板溫度調節，以濺擊 Cu1.0（In0.7 Ga0.3）三元合金靶材生長覆板（Superstrate）架構 CIGS太陽能電池（Solar Cells）之先驅層（Precursor Layers），並接續採用大氣電漿進行補硒層的製備。薄膜之微結構特徵探討顯示，所有濺鍍條件所產生的先驅層均為Cu11（In,Ga）9及Cu7（In,Ga）3兩種化合物所構成，但每種化合物之晶粒尺度會受到濺鍍參數的影響而產生極大的差異。其中，提高濺鍍氣壓或降低基板溫度利於生長晶粒尺度較細微且薄膜表面較平整之先驅層。這些晶粒尺度與薄膜表面型態之差異與兩種化合物之熔融點及流動性差異，與濺鍍沉積動力學機理有關。而大氣電漿所生長的補硒層結構相當緻密，但因在大氣環境下生長，其電漿解離的硒會被局部氧化為SeO2。此一發現將可作為大氣電漿補硒設備及製程改善的參考。
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本研究以電漿增強式原子層沈積（PEALD）系統沈積摻雜氮之氧化鋅薄膜於藍寶石基板上，並且以75℃至250℃不同基板溫度條件下，成長摻雜氮之氧化鋅薄膜，其中電漿系統可將NH3氣體分解成N、NH及NH2以做為氮之摻雜源，最後利用快速熱退火（RTA）系統在900℃氧氣環境下退火，將薄膜中的氫離子鍵結打斷。此外，透過霍爾量測、低溫光激螢光量測系統、X光繞射分析儀及X射線光電子能譜分析儀證明其為p型氧化鋅薄膜，並於基板成長溫度為100℃時，量測結果可得最高之電洞濃度4.04×10^17cm^(-3)及最低的電阻值52.10Ω-cm與移動率0.55cm^2/V-s。
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光捕捉與光萃取技術是近年來應用於光電元件效能提升的發展方向之一，其達成的關鍵主要是藉由結合光學理論與半導體相關製程技術。本文內容包含光捕捉與光萃取技術原理及其量測方法以及應用於光電元件之多項製作技術等介紹。提升光電元件的效能不能僅僅單就改善材料品質或是改良元件結構的方面來考量，光電元件本身的光學特性更需要被深入研究，現階段光電元件的發展必須兼顧內部與外部量子效率之提升，而光捕捉和光萃取技術可以分別在應用於太陽電池或發光二極體等元件上，藉此達到入光或出光之外部量子效率增加，進而提升元件整體性能。