電機資訊學院: 電子工程學研究所指導教授: 田維誠黃文昇Huang, Wen-ShenWen-ShenHuang2017-03-062018-07-102017-03-062018-07-102015http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/276560本研究利用溶膠凝膠法(Sol-Gel)合成的氧化鈦溶液以及鐵氮共摻雜氧化鈦溶液作為濕度感測器的感應材料，並利用旋轉塗佈的方式將材料覆蓋在指叉狀金電極上，成功製作成高靈敏度的水氣感測器。我們利用兩種材料分別製作的感測器，針對不同濕氣環境下進行電性量測，其中包括直流電阻以及交流阻抗變化，經由電阻、阻抗的反應比較，我們發現摻雜鐵氮氧化鈦的反應表現遠高於未摻雜的雅化鈦材料，因此我們把研究重點放在摻雜過後的氧化鈦電性上 。根據摻雜鐵氮材料後量測的資料，我們發現直流電阻會隨著濕度上升而劇烈下降(三個數量級以上)，但是在交流阻抗量測的情況下，阻抗除了隨濕度上升而下降外還會隨頻率增加而降低。為了解釋這個現象，我們提出一個簡化的電路以及感測模型進行模擬以及分析。電路模型是由簡化而成的等效電阻並聯等效電容所組成，電阻以及電容變化主要的物理機制是由於水氣吸附在感測材料上形成的水膜所造成。另外，頻率的影響主要是材料以及水分子的極性變化所影響。在穿透式電子顯微鏡(TEM)觀測下，感測材料呈現奈米絲狀分布在電極之間。根據TEM觀測到的形狀，我們描繪一個等效水層包覆絲狀感應材料同軸電纜物理模型，利用等效水層厚度的大小解釋濕度對電阻和電容的影響並且將結果進行模擬，模擬曲線非常接近實驗值也相當程度的佐證我們所提出的模型。另外，為了確認我們的模型可適用於氧化鈦為基礎的水氣感測，我們也對未摻雜的氧化鈦材料進行模擬，模擬結果和實驗值也是非常接近，因此證明我們的模型是可用在氧化鈦材料上。A highly sensitive humidity sensor is demonstrated by using a novel titanic nano-complex(Fe-N-TiOx) thin film as the sensing layer coated on the Au interdigitated electrode. Both sensing materials, TiOx and Fe-N-TiOx, were fabricated by the sol-gel method and the ratio of iron, nitrogen and titanic oxide can be adjust by controlling the concentration of Urea and iron (III) chloride hexahydrate. The geometric structure of sensing material is fiber-like, and water molecular was adsorbed around the material and the water layer was gradually formed with increasing relativity humidity (RH) . After comparing the response between TiOx and co-modified TiOx, the sensors using co-modified TiOx has much better performance than sensors using pure TiOx. Therefore, in our research, we would focus on the behavior of co-modified TiOx material. For co-modified TiOx, due to the strong absorption for water molecules on the sensing layer, the responded resistance greatly changes with an increasing humidity and the magnitude variation can be three orders of magnitude. In this thesis, we developed a parallel RC circuit model which accurately predicted the relation between sensing responses and ambient relative humidity. The developed physical model for the prediction of the sensor electrical characteristics was aligned well with the experimental results.3802363 bytesapplication/pdf論文公開時間: 2018/8/11論文使用權限: 同意有償授權(權利金給回饋本人)氣體感測器濕度感測器鐵氮共摻雜氧化鈦溶膠凝膠法感測器電路模型Gas SensorHumidity SensorIron,Nitrogen co-modified Titanium OxideSol-GelRC Electrical Modelthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/276560/1/ntu-104-R01943111-1.pdf