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氧化鋅奈米柱摻雜鈷結合MEMS技術製備高靈敏度的丙酮感測器

為了解決頭條開講 維基的問題，作者林錫斌 這樣論述：

本研究以鈷摻雜氧化鋅奈米柱(Co:ZnO NRs)成長在微型氣體感測器為主題，本身一維奈米材料對於此類電阻式氣體感測器的載子傳遞方面就有極大的優勢，再加上其可以有效的增加感測面積，使得材料表面的吸附位點增加藉此提高感測器的靈敏度，另外許多研究發現氧化鋅可以透過摻雜貴金屬引入外部雜質缺陷而提高材料表面的活性，其中摻雜鈷的氧化鋅備受關注，因為載子會與帶有磁性的鈷離子進行交換，使電子可以達到過渡金屬的d軌域上，而相鄰的鈷離子透過載子的調節，可以使軌域上的電子處在更穩定的狀態，另外Co2+與Zn2+離子皆屬於四配位，較容易以替位的方式存在於氧化鋅的四面體結構中。綜合上述優點所製備的Co:ZnO NR

s氣體感測器將於以下介紹元件的製造及量測結果。 本實驗的製程以兩階段方式進行，第一階段為MEMS製程，以射頻磁控濺鍍製備兩種不同晶種層的氣體感測器，分別為二氧化錫與氧化鋅，而第二階段為結構化之氧化鋅奈米柱製造，以製程簡單且成本低廉的水熱法將Co:ZnO NRs成長於兩種不同晶種層的MEMS結構上方，配置硝酸鋅(Zn(NO3)2‧6H2O)、四氮六甲圜(HMTA)及不同濃度(0.008M、0.012M、0.016M、0.02M)之硝酸鈷(Co(NO3)2‧6H2O)成長鈷摻雜氧化鋅奈米柱，再經過400℃、500℃和600℃退火，並對此進行晶體結構分析，從SEM圖上可清楚看見水熱法成功生長C

o:ZnO NRs，另外XRD的分析結果顯示所有繞射峰對應ZnO的JCPDS資料庫亦可證明該材料為氧化鋅的六方纖鋅礦結構，而EDS及XPS的元素分析結果也能充分證明鈷存在材料中。 在氣體量測方面，首先對最佳摻雜濃度0.012M進行一系列的檢測，探討最佳操作溫度、退火後的影響、選擇性、重現性，在本論文中，Co:ZnO NRs成長於SnO2晶種層的元件經400℃退火後以最佳操作溫度300℃量測2 ppm丙酮可高達到85%的響應; 而Co:ZnO NRs成長於ZnO晶種層的元件經400℃退火後在300℃下量測2 ppm丙酮可達到79%的響應，另外測量多種氣體的結果發現Co:ZnO NRs對丙酮

有最佳的選擇性，而在重現性與響應-回復時間的表現也相當優秀，證明本研究成功以Co:ZnO NRs製造出具有高靈敏度的丙酮感測器。