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    氧化鋅奈米柱與奈米管之製備及其應用研究
    (2009) 葉佳靈
    隨著工業發展，人們對石油之需求與日俱增，但石油終將耗竭，並造成嚴重汙染，故近年世界各地均大力提倡綠色環保，紛紛投入綠色能源之開發，其中以水裂解(water splitting)產氫為目前最熱門之議題，因此須開發新穎之水裂解工作電極，以提高其光電轉換效率，而本研究利用水熱法(hydrothermal method)於矽晶圓與摻氟之二氧化錫基板上成長高均向性之一維氧化鋅(zinc oxide)奈米柱與奈米管做為工作電極，並將其應用於水裂解技術。 本研究以硝酸鋅(zinc nitrate)與四氮六甲環(hexamethylenetetramine)混和溶液，固定其反應溫度，並調控不同之晶種溶劑、溶液濃度、反應時間、基材等反應條件，成功將氧化鋅奈米柱蝕刻為氧化鋅奈米管，並探討其成長機制。以場發射掃描式電子顯微鏡(field emission scanning electron microscopy；FESEM)與X光繞射儀(X-ray diffraction；XRD)分別鑑定氧化鋅之表面形貌與晶體結構，於不同溶液濃度與成長時間下所製備出之氧化鋅奈米柱陣列具不同之長寬比(aspect ratio)與成長密度。於水裂解法方面，將已完成成長氧化鋅奈米柱與奈米管之基板與硒化鎘量子點結合，利用硒化鎘量子點吸收可見光之特性，成功將可見光轉換為電子電洞對，利用氧化鋅作為工作電極，將電子電洞對分離，使其不易再結合。於循環伏安量測方面，當偏壓於0時，以氧化鋅奈米管為工作電極，其可測得之光電流為1.45 mA/cm2，而以奈米柱之光電流為1.12 mA/cm2，本研究成功利用具較大之比表面積之奈米管組裝水裂解元件，以提高光電流。
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    氧化鋅奈米光碟片的製作與量測研究
    (2007) 羅智鴻; Chih Hung Lo
    在本論文中，首先以光碟測試機量測不同厚度與不同氬氧比例的氧化鋅(ZnOx)近場超解析結構光碟片的載子雜訊比(CNR ,Carrier to Noise Ratio)，在光學的解析極限下，可以量測寫入長度100nm的記錄點，其載子雜訊比可達到27.97 dB。為了更進一步了解氧化鋅奈米膜層結構中光與膜層的交互作用，我們分層去做探討，利用光譜顯微儀與掃描式電子顯微鏡(SEM)與原子力顯微鏡(AFM)來觀察氧化鋅奈米薄膜的變化。也利用靜態測試儀(pump-probe laser system)量測在不同時間下雷射功率在氧化鋅奈米膜層上所造成的影響，並比較獲得的CCD影像與穿透式電子顯微鏡(TEM)圖。
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    低溫水溶液法合成氧化鋅奈米柱之發光二極體
    (2008) 彭成基; Chen-Chi Peng
    本研究係以水溶液法於p型矽晶圓基材上，合成出高均向性一維氧化鋅奈米柱陣列，接著利用半導體相關製程技術完成發光二極體(LED)元件。本實驗以硝酸鋅(C4H6O4Zn･2H2O)與四氮六甲環(C6H12N4)濃度1:1之混和溶液，固定其反應時間與溫度分別為6小時及90ºC，並且以不同之溶液濃度、晶種、基材等為反應參數，合成出高品質之一維氧化鋅奈米柱陣列，用以探討氧化鋅奈米柱之表面形態與奈米柱陣列之發光特性。 以x光繞射儀(XRD)與場發射掃描式電子顯微鏡(FESEM)分別鑑定氧化鋅晶體結構與表面形態，於不同溶液濃度與成長時間下所製備出之氧化鋅奈米柱陣列具有不同之長寬比與成核成長密度。光激發光光譜(PL)顯示氧化鋅奈米柱具有紫外光與寬頻之可見光發光區域，紫外光區相對於綠光區之比值將隨著溶液濃度之增加而成正比之現象；進一步計算上述放射光譜數據之CIE色度座標，發現座標位於偏藍之白光區域。 於電性量測方面，首先使用半導體相關製程完成此p-n異質接合(hetrojunction)之氧化鋅奈米柱發光二極體，此元件經過電流-電壓特性曲線之量測，觀察其起始電壓(turn-on voltage)為3.4 V，符合發光二極體之特性曲線。 相較於傳統塊材(bulk)與量子井(quantum well)結構，奈米結構具有較高之內部量子效率(Internal quantum efficiency)與窄頻譜特性，對於提高元件效率、降低起始電流具有正面助益。在此能源議題受重視之際，高品質之氧化鋅奈米柱發光二極體乃為重要研究主題之一。
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    ZnO薄膜之電性與光學係數受外加紫外光之調制特性研究
    (2007) 陳顗彭; Chen,Yi-Pong
    摘要 氧化鋅（zinc oxide，ZnO）其光學能帶（Optical energy band）寬度約為3.37eV，其正好位於紫外光波長範圍內，若利用紫外光照射氧化鋅薄膜將造成價電帶電子吸收紫外光能量後躍遷至導電帶，因而增加其導電性，但也因價帶電子變少後而造成介電係數（dielectriccoefficient）變小，且在移除紫外光照射後隨即回覆其原來狀態，我們利用此特性來探討氧化鋅薄膜在外加不同強度紫外光下其電性與光學特性的變化。 光學量測上首先利用共路徑外差式干涉儀（common path heterodyne interferometer）來量測氧化鋅薄膜的折射率與介電係數，其中共路徑技術用於抑制相位飄移，以使干涉儀穩定，而外差干涉技術則是利用聲光調變器（acoustic optical modulator，AOM）將訊號載在特殊頻率上，透過鎖相放大器（lock-in amplify）針對此特殊頻率進行解析，以排除環境雜訊，使得共路徑外差干涉儀成文一套高穩定高準確性的量測系統。 在電性量測上，由於未掺雜的純氧化鋅薄膜電阻率很高，不易直接量測，因此制備成ZnO-base薄膜電晶體，形成透過閘極電極降低薄膜電阻，來簡化量測所需，以探討氧化鋅薄膜受紫外光影響的導電特性，其結果與光學量測系統所測得折射率與介電係數的結果驗證。
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    超高容量氧化鋅近場光碟片之動態測試及分析
    (2007) 張祖欣
    在本論文中，我們將針對當記錄點小於繞射極限時可複寫型DVD(DVD+RW)氧化鋅近場光碟片之載子雜訊比(Carrier to Noise Ratio, CNR)做分析，並且從中看出加上氧化鋅近場光學作用層後對小於繞射極限之記錄點的明顯解析能力，同時將研究其和一般市售光碟測試機的相容能力，最後再探討在不同間隔層(spacing layer)厚度下氧化鋅近場光碟片的行為表現，並進一步找出當記錄點大小為100nm時最佳寫入功率為23mW、最佳讀取功率為4mW及最佳間隔層厚度為60nm。
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    ZnO-SiO2一維光子晶體共振器之之製作與特性研究
    (2006) 楊璧華
    本實驗以射頻磁控濺鍍法(Radio Frequency magnetron sputtering)在玻璃基板上交錯濺鍍ZnO及SiO2薄膜形成一維光子晶體，藉由考慮ZnO及SiO2的折射率，設計適合的薄膜厚度及週期數使得該一維光子晶體在500 nm到600 nm產生所謂的光譜帶隙(Photonic band gap)。而且，由於ZnO及SiO2在可見光的透明度極高，若在光子晶體的中心處再加入一層ZnO，則可形成一個可見光的一維光子晶體共振器。 本實驗研究發現，ZnO的折射率在UV光的照射下，可隨UV光的照射強度產生規律的變化，且呈現可逆行為，即當UV光移除時，ZnO的折射率將恢復到未加UV光時的折射率(2.032)，此結果表示ZnO-SiO2一維光子晶體共振器，可利用外加UV光照射強度的不同，達到共振波長可調性之目的。 另外，我們製作ITO-SiO2一維光子晶體共振器，在中心處加入不同厚度的ZnO缺陷層，觀察其穿透頻譜，發現增加ZnO缺陷層的厚度，光子晶體共振器的共振波長有往長波段偏移的現象。
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    斜向濺鍍氧化鋅於氮化鎵奈米柱陣列之新穎紫外光二極體研究
    (2014) 蕭志忠; SIAO, Jhih-Jhong
    本論文是以磁控濺鍍系統斜向成長 n 型氧化鋅於 p 型氮化鎵二維奈米柱陣列結構，來製作具高載子注入效率與高輻射複合率之氧化鋅/氮化鎵異質接面紫外光發光二極體奈米柱陣列(ZnO/GaN nanorod array LEDs)。藉由氮化鎵奈米柱本身所提供的遮蔽效應(shadowing effect)，斜向氧化鋅濺鍍氣流(glancing ZnO vapor-flows)將選擇性的沉積於氮化鎵奈米柱陣列頂端，並有效地連結整個二維氮化鎵奈米柱，最終形成具奈米尺寸的異質接面(nano-junctions)發光二極體陣列。我們所製作出之氧化鋅/氮化鎵異質接面紫外光發光二極體奈米柱陣列本身具有良好的二極體整流特性和低導通電壓(4.5V)，並在順向電流的操作下可穩定發射主要波長為 λ＝390nm 之偏紫白光發光光譜。其主要可歸因於奈米異質接面結構之高載子注入效率所造成氧化鋅缺陷複合飽和，以及氧化鋅近能隙複合發光效率之提升。更重要的是，本論文所提出的斜向濺鍍氧化鋅方法將可省去在傳統奈米柱結構之鈍化與絕緣過程中，所需涉及聚合物填充或其他複雜之材料生長步驟，大幅地提升元件良率與降低製作成本，並可廣泛地運用於其他具奈米尺寸之光電元件(nano-devices)。
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    斜向射頻磁控濺鍍氧化鋅奈米線結構之材料特性與於紫外光二極體之應用
    (2014) 謝忠翰; Xie Zong Han
    本論文利用斜向射頻磁控濺鍍系統(glancing-angle radio-frequency magnetron sputtering system)來製備氧化鋅(Zinc oxide, ZnO)薄膜，系統性地分析氧化鋅薄膜其型態分布、材料品質、以及光電特性。再進一步將斜向氧化鋅薄膜成長於氮化鎵材料，最終製作成紫外光發光二極體元件(ultraviolet light-emitting diodes, UV LEDs)，並與傳統正向成長之氧化鋅/氮化鎵異質接面比較。我們發現，斜向氧化鋅薄膜其電阻率可大幅度降低到10-3等級，載子濃度和載子遷移率分別為n = 5.14×109 cm-3 以及n =63.46 cm2/V•s 。由XRD 特性光譜發現斜向氧化鋅薄膜在 (002)晶向位置有明顯的繞射強度，其X-Ray繞射峰約在 = 34.52o。其光激發螢光光譜(Photoluminescence, PL) 波長為=380nm，主要對應於近氧化鋅能隙之發光光譜位置(Near Band-Edge , NBE)。此外，我們也發現隨著快速熱退火(rapid thermal annealing, RTA)溫度的提升，斜向氧化鋅薄膜晶格將重新排列，此將大幅地改善其結晶品質以及PL發光強度。將斜向氧化鋅薄膜成長於p型氮化鎵，並製作成異質接面發光二極體元件後，就電流電壓特性曲線(I-V curves) 而言，斜向氧化鋅UV LED呈現極佳的整流特性，其開通電壓(turn-on voltage)約為4.8V,而漏電流則為4.4 ×10-3A。最重要的是，我們所製做出的斜向氧化鋅UV LED，其電致發光光譜(Electroluminescence, EL) 在我們的量測區間(I = 0–60mA)，都是以NBE (=380nm)發光光譜為主導。隨著注入電流增加，發光強度隨之增強，而其半高全寬(Full Width Half Maximum, FWHM)，則隨之下降。我們的研究說明斜向成長氧化鋅薄膜與氮化鎵材料上(type-II band-alignment)，會產生高載子注入效率，造成氧化鋅缺陷複合飽和，增強近氧化鋅能隙之複合發光效率，其將可廣泛用於 pure UV-emission 之應用。
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    氧化鋅/硫化鋅核殼奈米結構之製備與特性分析
    (2013) 黃薇
    本論文使用微波輔助合成技術製備硫化鋅奈米球體、氧化鋅奈米柱與具陣列形貌的氧化鋅/硫化鋅核殼結構。我們先使用硫代乙醯胺分別與硫酸鋅和硝酸鋅作為前驅物，合成出硫化鋅奈米球體。再使用六亞甲基四胺個別與硫酸鋅和硝酸鋅反應，能分別合成出氧化鋅奈米柱與片狀結構。最後，我們先在矽基板上成長氧化鋅奈米柱陣列，再與硫代乙醯胺進行反應，成功製備出氧化鋅/硫化鋅核殼結構。我們進一步使用X光繞射光譜、掃描式電子顯微鏡與光激螢光光譜等實驗討論所製備氧化鋅/硫化鋅核殼結構的結構與光學特性。 由X光繞射光譜可以發現氧化鋅/硫化鋅核殼結構會清楚呈現出屬於氧化鋅(002)的繞射訊號，隨著增加硫代乙醯胺的莫耳濃度，屬於硫化鋅(111)繞射峰訊號強度也會逐漸增加。由掃描式電子顯微鏡的結果，可以發現氧化鋅奈米柱核體會隨著硫代乙醯胺的莫耳濃度增加而變細且變短，而硫化鋅殼體的顆粒則會逐漸變大。由低溫光激螢光光譜圖中，可以觀察到氧化鋅/硫化鋅核殼結構的發光位置約為3.33 eV，是屬於氧化鋅的近帶能隙的放光機制。 關鍵詞：微波輔助合成、硫化鋅、氧化鋅、核殼結構