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三硫化磷鐵與三硒化磷鐵層狀半導體之單晶成長與特性研究

為了解決vapor pressure中文的問題，作者陳建霖 這樣論述：

本論文利用化學氣相傳導法成功生長三硫化磷鐵和三硒化磷鐵晶體，皆為單晶層狀反鐵磁性材料，樣品表面呈金屬亮面且容易撕薄。首先利用能量散佈光譜儀確認晶體的成分比例為1:1:3與X射線光電子能譜儀確認所含之元素化學態和電子態，結果符合預期。接著利用X射線晶體繞射分析儀分析出材料結構和晶格常數，結果顯示三硫化磷鐵為單斜晶系而三硒化磷鐵為六方晶系，低溫X-光繞射也發現三硫化磷鐵和三硒化磷鐵因結構改變產生新的峰值，而晶格常數也隨著溫度變低而變小，在變溫拉曼實驗中，首先將樣品利用機械撥離法撕成微奈米級通過波長532 奈米的雷射激發，三硫化磷鐵主要顯示四種拉曼振動模態而三硒化磷鐵則有三種拉曼振動模態，隨著溫度

下降拉曼模態往高波數位移，實驗結果中也發現三硫化磷鐵在峰值98 cm-1位置當溫度高於120 K時，出現寬且不對稱的峰，且當溫度低於60K時，此98 cm-1的峰分離為兩個尖峰，我們推測此振動模態可能與材料磁性有關，為了找出拉曼光譜與磁性的相關性，我們利用超導量子干涉磁量儀量測三硫化磷鐵和三硒化磷鐵變溫磁特性，結果發現他們的尼爾溫度分別在120K與110K，其中三硫化磷鐵磁矩方向改變的溫度與拉曼峰98 cm-1改變的溫度相近。本論文持續探討三硫化磷鐵和三硒化磷鐵的光學與電學特性，三硫化磷鐵的能隙位置由室溫到低溫為1.32到1.41 eV，三硒化磷鐵能隙位置則在0.75到0.85 eV，它們屬於

間接能隙，熱探針實驗中三硫化磷鐵以及三硒化磷鐵的主要載子為電洞，在四點量測變溫電阻率實驗中，三硫化磷鐵和三硒化磷鐵之電阻率分別為1.7k (Ω-cm)和116 (Ω-cm)並且隨著溫度降低而電阻率變大符合一般半導體的特性，經過霍爾量測的計算結果三硒化磷鐵載子濃度為1016 cm-3，載子遷移率為3 (cm2/V·Sec)。

以金屬氧化物復合材料為基礎之氫氣感測器

為了解決vapor pressure中文的問題，作者SHRISHA 這樣論述：

氫氣(H2)因其高度易燃性而被歸屬於有害氣體，當其於大氣下達4-7重量百分濃度時，即具有相當之危險性，存在爆燃的風險，且由於其無色無味，大大提升檢測管線洩漏之難度，也因此奠定了其感測器存在之必要性及重要性。近年來，金屬氧化物由於其優異的化學和物理性質被廣泛應用於此領域，如：ZnO、WO3、TiO2、SnO2、MoS2等。以金屬鎢為基材之複合材料被廣泛應用於感測器氣敏層相關研究中，因其對多種目標有毒氣體具高度之靈敏性。而三氧化鎢(WO3)應用於氫氣感測器之先例，因此本研究之第一部分將專注於還原氧化鎢(WO2.72)於此領域之應用的研究。以三氧化鎢為原材料，應用鍛燒法合成還原氧化鎢奈米粒子(WO

2.72)，並通過FE-SEM、XRD和Raman光譜進行樣品表徵確認。待合成完成，以旋塗方式完成感氣層於SiO2/Si晶圓之塗佈，並完成叉指式電極之沉積。經測試，WO2.72感測器於室溫條件下之感測能力為27%，且具備於500ppm濃度條件下長期穩定性及重複使用性。同時以電子耗盡層理論說明其機制。儘管銫鎢青銅(CsxWO3)已被廣泛應用於其他領域，但其並無作為氫氣感測器氣敏層材料之先例，因此本研究之第二部分延續對金屬鎢為基材之複合材料的研究，欲開發當前尚無相關研究之鎢青銅(MxWO3)於此領域之應用的研究，CsxWO3感測器之製程，以水熱法先行完成銫鎢青銅奈米棒的合成，並透過多項儀器鑑定其物

理性質以確保結構之型態，並以旋轉塗佈之技術將之形成薄層結構於SiO2/Si晶圓之上，完成感氣層製備，隨後完成橫向多指Pt電極，以利後續性能檢測測試。經測試於不同濃度之氫氣(10ppm至500ppm)，測試結果呈現，銫鎢青銅感測器於室溫下具優異的感測性能(31.3%)，並且優於WO3感測器(4.7%)。選擇性測試亦呈現優異結果，於氨氣及二氧化碳測試中僅有極低之響應。此材料具備可靠性、合成方法簡單、濕度影小及選擇性優異等優勢，大大提升其應用之可行性。且與WO3感測器相比，CsxWO3感測器具更為優異的表面吸附能力及更強的活性O2官能基電誘導能力，因而展現了增強的氣敏性。當前CsxWO3感氣層展現優

異的效能，成功證實MxWO3作為金屬氧化物氣體感應器之可行性。於第三部分研究中，成功以溶劑熱法合成新型CsxWO3/MoS2奈米複合材料，再次採用旋轉塗佈之技術，完成於SiO2/Si晶圓形成感氣薄層結構之操作，並以PVD技術沉積設計之叉指式電極完成感測器製備。經測試，CsxWO3/MoS2感測器可於室溫下展現優異的氫氣感測能力，尤其包含15wt.% MoS2 (15 % CsxWO3/MoS2)之奈米複合材料，其感測性能甚至可達51%。此外，因具有高度循環穩定性，更增添其於實際應用的優勢。於本篇之最後一項研究，預期導入先進技術，以Zirconium-based metallic glass n

anotube arrays為基材，於其上透過實驗參數設定，完成氧化鋅(ZnO)奈米棒之生長，並以此材料做為氫氣感氣層之應用。於具contact-hole陣列(孔徑為2 µm)之光阻劑形成之模板上濺鍍沉積metallic glass (Zr60Cu25Al10Ni5)以得異質Zirconium-based metallic glass nanotube arrays，並沉積ZnO種子層以提供成核位點以利於metallic glass nanotube arrays內部生長奈米棒狀結構，其後採水熱法完成ZnO奈米棒之生長，接著濺鍍Pt電極，以利後續性能檢測測試。經實驗證實，Fabricated

Zirconium-based metallic glass nanotube arrays with ZnO nanorods (Zr-ZnO-nanorods)具優異的氫氣傳感性能。