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系統識別號 U0026-0607201022323100
論文名稱(中文) 奈米級鈦膜及二氧化鈦膜之光電性質研究
論文名稱(英文) Optoelectronic Characteristics of Nanoscale Ti and TiO2 Thin Films
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系專班
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering (on the job class)
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 涂勝龍
研究生(英文) Sheng-Lung Tu
學號 n1797114
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 68頁
口試委員 指導教授-李永春
口試委員-張守進
口試委員-莊文魁
中文關鍵字 奈米級  鈦膜  二氧化鈦膜  光電性質 
英文關鍵字 Optoelectronic Characteristics  Nanoscale  Ti  TiO2  Thin Film 
學科別分類
中文摘要 本論文主要採超高真空離子束濺鍍(Ion Beam Sputtering, IBS)法改變靶材不同轟擊角度,會製備出不同厚度奈米鈦膜。當鈦膜厚度為奈米尺度時,電阻率上會出下降的情況,由原本塊材10-5(Ω-m)下降至10-6(Ω-m)。當鈦膜厚度小於50~60 nm時,下降最為顯著。這現象將來可應用在光通訊電極、感測器電極、太陽能電池電極上。更進一步在濺鍍氣氛中導入氧氣使其變成二氧化鈦,以及用快速退火爐 (Rapid Thermal Annealing;RTA) 加熱導入氧氣強制變成二氧化鈦,以期在奈米鈦膜表面產生二氧化鈦半導體,並研究其光電性質。奈米二氧化鈦為銳礦型的能帶隙原為3.2 ev,因為晶格壓力變形,造成能帶隙紅移,也因為晶格壓力變形,產生能帶隙能階分裂,造成1個吸收峰變成2個吸收峰。
英文摘要 In this research, the ultrahigh vacuum ion beam sputtering(IBS) system with target oriented in different title angles is used to deposite nano-thin films of different thickness by maintaining the working pressure, working power, working distance, and gas flux constant. When the thickness of Ti thin film is reduced down to the nano-scale, the corresponding resistance would decrease from 10-5 (Ω-m) to 10-6 (Ω-m) When the thickness is less than 50~60 nm, the magnitude of reduction in resistance is more compared with the others, which has a potential to serve as apparent electrodes for applications in optical communications, sensors, and solar cells. Furthermore, the oxygen ambient is maintained during the implementation of IBS process and rapid thermal annealing (RTA) in order to oxidize and convert Ti nano thin film to TiO2 nano thin film for the benefit of peoducing nano scale TiO2 thin film over the surface of the electrode and its optical properties are also studied afterward. Band gap of Anatase phase TiO2 thin film is about 3.2eV. Because of the lattice deformation, the band gap is red-shifted and splitted from one peak into two peaks.
論文目次 論 文 摘 要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的與動機 4
第二章 文獻回顧及基本理論 5
2-1 奈米薄膜發展技術 5
2-1-1 薄膜沉積之組成 5
2-2半導體和奈米材料 5
2-3氧化鈦奈米晶的光催化活性 8
2-4 奈米氧化鈦薄膜制 、表征與光催化性能 10
2-5奈米氧化的復合光催化材 10
2-6磁控濺射法簡介 11
2-7光學特性 12
2-7-1 光學特性[27] 12
2-7-2 氧化鈦的晶體結構 13
2-8 拉曼光譜儀 13
2-9橢圓偏振儀應用於光學性質檢測[33-38] 18
第三章 實驗製程與方法 21
3-1 實驗方法 21
3-2 薄膜鍍製 21
3-2-1材料製備 21
3-2-2 鍍膜參數條件 26
3-3 實驗設備 28
3-3-1高真空離子濺鍍系統 (UHV-IBS) 28
3-3-2 理論基礎 29
3-3-3電子迴旋共振(ECR) 30
3-3-4 微波(Microwave)原理[39] 33
3-4 薄膜分析儀器基本原理[43][44] 35
3-4-1 橢圓偏光儀基本結構圖 35
3-4-2 四點探針[45] 44
3-4-3表面粗度儀/Alpha-step profilometer[46] 47
3-4-4 拉曼光譜分析 (Raman Spectroscopy)[47] 50
第四章 結果與討論 52
4-1 奈米鈦膜之性質 52
4.2在氧氣氣氛下,奈米二氧化鈦性質 55
4.3以快速退火爐形成奈米二氧化鈦之Raman性質 59
4.4以快速退火爐形成奈米二氧化鈦之光學性質 61
第五章結論 63
第六章 参考文獻 64
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  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2013-07-13起公開。
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