陳逸聰臺灣大學：化學研究所黃元璋Huang, Yuan-ChangYuan-ChangHuang2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/51751本論文研究二氧化錫單根奈米線場效電晶體，藉著染料分子吸附在奈米線表面，觀察奈米線場效電晶體受到染料分子吸收各種波長光所產生的光誘導電流。在單根的二氧化錫單晶奈米線表面有染料分子吸附下，探討光誘導電流的產生機制。 首先，合成二氧化錫奈米線選擇的方法是熱揮發化學氣相沉積法(thermal evaporation- chemical vapor deposition) ，藉著碳扮演還原二氧化錫與金奈米顆粒扮演催化粒子，成功合成出大量且乾淨的二氧化錫奈米線。透過SEM、EDS、HRTEM、ED pattern、XRD等，對合成奈米線產物的特性加以分析，清楚顯示二氧化錫奈米線確切的原子比例，單晶，直徑20∼120奈米間，長度至少有十幾微米長。 接著，利用電子蝕刻法和熱蒸鍍等方法，將二氧化錫奈米線製成奈米線場效電晶體元件，觀察單根二氧化錫奈米線的電性。此外，藉著吸附一些分子在奈米線表面，分子會對各種波長的光吸收，使得分子上的電子從最高填滿分子軌域(HOMO)被激發到最低未填滿分子軌域(LUMO)，再轉移到二氧化錫奈米線上，觀察奈米線導電度會隨著不同照光波長的改變而有所變化。本論文選用fluorescein 27 、zinc- phthalocyanine和葉綠素分子(chlorophyll a)研究其光誘導電流圖譜。最後，透過閘極電壓的改變，調控二氧化錫的價帶和導帶向上或向下移動，此時監測 fluorescein放光強度變化，由此可以確定分子光電流圖譜是藉著電子轉移機制所貢獻的。本論文已經成功的運用二氧化錫奈米線場效電晶體當作分子光電流圖譜工具，有別於以往奈米線場效電晶體當作生物感測器，對奈米場效電晶體開拓了一個嶄新的領域。致謝………………………………………………………………I 摘要………………………………………………………………III 目錄…………………………………………………………………V 圖目錄…………………………………………………………IX 表目錄………………………………………………………………XIV 第一章 緒論………………………………………………………1 1.1 導論與研究目的…………………………………………………1 1.2 二氧化錫奈米線、奈米薄膜的應用……………………………5 1.2.1 二氧化錫材料簡介與二氧化錫本質為n-type半導體原理……5 1.2.2 分子的物理吸附與化學吸附…………………………………8 1.2.3 二氧化錫材料應用在氣體分子偵測器……………9 1.3 二氧化錫奈米顆粒應用在光化學電池………………11 1.4 章節簡述…………………………………………………12 第二章 實驗儀器裝置、奈米線合成方法與奈米線場效電晶體製程說明………………………………………………………………………13 2.1 二氧化錫奈米線合成方法…………………………………………13 2.1.1 基板製備…………………………………………………………13 2.1.2 合成裝置架構與步驟……………………………………………14 2.2 奈米線場效電晶體製程……………………………………………16 2.3分子光誘導電流圖譜儀器架構與步驟……………………………20 2.4放光光譜儀器裝置………………………………………22 2.5 奈米線結構分析工具簡介………………………………25 第三章 二氧化錫奈米線的合成結果討論…………………………30 3.1 蒸氣-液體-固體生長機制………………………………30 3.2 二氧化錫奈米線的合成方法……………………………34 3.3 合成二氧化錫奈米線及結構特性鑑定結果與討論…36 3.3.1 掃描式電子顯微鏡影像與成分鑑定 3.3.2 粉末X-光繞射圖譜與晶格收縮現象…………………42 3.3.3 二氧化錫奈米線產物之放光光譜……………47 3.3.4 二氧化錫奈米線拉曼光譜……………………51 第四章 二氧化錫奈米線場效電晶體的電學效應 與分子感測光誘導電流圖譜……………………………………………52 4.1 二氧化錫奈米線電性特性 —氧分子與UV光對二氧化錫奈米線導電度影響………52 4.2 二氧化錫奈米線場效電晶體與染料型太陽能電池的比較………59 4.2.1 染料型太陽能電池架構簡介…………………59 4.2.2 染料敏化光誘導電流奈米線場效電晶體介紹與 比較……………63 4.3 二氧化錫奈米線場效電晶體染料分子光電流圖譜……66 4.3.1 fluorescein 27、zinc-phthalocyanine及chlorophyll a 簡介……………………………………………………66 4.3.2 分子光誘導電流圖譜 — fluorescein 27、zinc-phthalocyanine、chlorophyll a的光誘導電流圖譜與光誘導電流圖譜討論……………………………………71 第五章 染料光誘導電流產生機制證明—電子轉移………………79 5.1 引言—調控閘極電壓造成能帶移動…………………79 5.2 改變偵測奈米線上的染料分子放光裝置的原因………81 5.3 奈米線表面包覆fluorescein 27分子影像……………84 5.4 外加閘極電壓影響染料分子的放光……………………86 5.5外加閘極電壓對二氧化錫奈米線光誘導電流影響…89 第六章 結論……………………………………………………………95 參考文獻…………………………………………………………………973340321 bytesapplication/pdfen-US場效電晶體奈米線光致電流field effect transistornanowirephoto-induced currentthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/51751/1/ntu-95-R93223053-1.pdf