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藉由熱氧化製程開發具有通孔結構的 TiO2及 CuO室溫氣體感測器

為了解決no2氣體感測器的問題，作者林依庭 這樣論述：

目錄摘 要 iABSTRACT ii誌謝 iii目錄 iv圖目錄 viii表目錄 xi第一章、緒論 11.1研究背景 11.1.1進步的科技，退步的環境 11.1.2常見的汙染物和危害標準 21.1.3汙染物對健康的影響 31.1.4汙染物與疾病的關係 41.2氣體感測器種類 51.2.1紅外線氣體感測器 61.2.2 熱導池式氣體感測器 61.2.3 固態電解質氣體感測器 61.2.4 觸媒燃燒式氣體感測器 71.2.5 電化學式氣體感測器 71.2.6 光離子化氣體感測器 71.2.7 半導體式氣體感測器 71.3研究動機 81.3.1 二維與三

維結構 81.3.2 永續環境 9第二章、文獻探討與理論 102.1材料特性 102.1.1二氧化鈦TiO2特性 102.1.2氧化銅CuO特性 112.2二氧化氮氣體特性 122.3半導體式氣體感測器之感測機制 132.4矽穿孔技術 142.5熱氧化技術 152.6文獻探討 162.6.1藉由355 UV雷射TSV達到4G組件封裝 172.6.2 TiO2奈米線用於檢測NO2之氣體感測 182.6.3 CuO及Cu2O微花結構之高靈敏度和選擇性的NO2氣體感測器 192.6.4 TSV結構電鍍Cu製作CuO∕Cu2O複合奈米線感測器 21第三章、感測元件的製備過

程 223.1室溫雷射蝕刻矽穿孔技術 233.2電漿輔助式化學氣相沉積 273.3金屬氧化物感測薄膜製作 283.3.1金屬濺鍍系統 283.3.2低壓爐管熱氧化製程 293.4感測電極製作 303.4.1光阻塗佈 303.4.2射頻濺鍍系統 313.5清洗製程 31第四章、結果與討論 324.1金屬氧化物薄膜分析 — TiO2 324.1.1 XRD分析 — TiO2 324.1.2 SEM分析 — Ti 334.1.3 FIB分析 — TiO2（600℃∕5H） 344.1.4 TEM分析 — TiO2（600℃∕5H） 354.2金屬氧化物薄膜分析 — C

uO 364.2.1 XRD分析 — CuO 364.2.2 SEM分析 — Cu 384.2.3 FIB分析 — CuO（600℃∕5H） 384.2.4 TEM分析 — CuO（600℃∕5H） 394.2.5 SEM分析 — CuO（600℃∕1D） 424.3氣體量測分析 434.3.1量測環境與定義 434.3.2不同退火溫度於室溫下量測5ppm NO2 — TiO2 434.3.3退火600℃於室溫下量測不同濃度 NO2 — TiO2 464.3.4退火600℃於室溫下選擇性量測 — TiO2 474.3.5退火600℃於室溫下連續性量測 — TiO2 49

4.3.6不同退火溫度於室溫下量測5ppm NO2 — CuO 494.3.7退火600℃於室溫下量測不同濃度 NO2 — CuO 524.3.8退火600℃於室溫下選擇性量測 — CuO 544.3.9退火600℃於室溫下連續性量測 — CuO 554.3.10 P型半導體感測理論 56第五章、結論與未來展望 585.1結論 585.2未來展望 59參考文獻 60圖目錄圖 1、空氣汙染[2] 2圖 2、汙染物對健康的影響[10] 4圖 3、德國研究團隊整理之Covid-19與污染物的相關數據圖[12] 5圖 4、氣體感測器種類 6圖 5、二維與三維TSV結構感測示意

圖 8圖 6、二氧化鈦結構[17] 10圖 7、CuO及Cu2O結構[20][21] 11圖 8、二氧化氮結構[25] 13圖 9、N型半導體式氣體感測器感測示意圖 14圖 10、水平式爐管[33] 16圖 11、垂直式爐管[33] 16圖 12、355nm雷射之TSV表徵[34] 17圖 13、355nm雷射之TSV截面圖[34] 17圖 14、室溫下感測NO2濃度為100ppm及10ppm到100ppm之感測結果[35] 18圖 15、TiO2奈米線感測器對於不同氣體的選擇性響應曲線[35] 19圖 16、CuO及Cu2O三維微花結構量測結果[27] 20圖 17、

CuO∕Cu2O複合奈米線FE-SEM圖[36] 21圖 18、CuO∕Cu2O複合奈米線感測器對不同濃度乙醇之量測[36] 21圖 19、實驗步驟 22圖 20、雷射加工系統 23圖 21、次數10000次，不同速率之雷射蝕刻圖 24圖 22、次數15000次，不同速率之雷射蝕刻圖 24圖 23、速率800mm∕s之雷射蝕刻圖 24圖 24、頻率30kHz、70kHz之雷射蝕刻圖 25圖 25、不同功率之雷射蝕刻圖 25圖 26、功率30w下不同次數之雷射蝕刻圖 26圖 27、TSV截面示意圖 26圖 28、CVD沉積示意圖 27圖 29、濺鍍系統示意圖 28圖 3

0、大氣爐管熱氧化示意圖 29圖 31、光阻塗佈示意圖 30圖 32、超音波震盪清洗示意圖 31圖 33、TiO2不同退火溫度之XRD分析 32圖 34、TSV之SEM圖 – Ti 34圖 35、FIB影像 — TiO2 35圖 36、EDS Mapping — TiO2 35圖 37、HR-TEM — TiO2 36圖 38、CuO不同退火溫度之XRD分析 37圖 39、TSV之SEM圖 – Cu 38圖 40、FIB影像 — CuO 39圖 41、EDS Mapping — CuO 39圖 42、EDS Line — CuO 40圖 43、HR-TEM — CuO

∕TiO2 –1 41圖 44、HR-TEM — CuO∕TiO2 –2 41圖 45、TSV之SEM圖 – 退火600℃∕1D CuO 42圖 46、量測環境示意圖 43圖 47、不同退火溫度之TiO2於室溫下對5ppm NO2之響應圖 44圖 48、不同退火溫度之TiO2於室溫下對5ppm NO2之阻抗變化圖 45圖 49、不同退火溫度之TiO2於室溫下對5ppm NO2之響應統整圖 46圖 50、退火600℃之TiO2於室溫下量測不同濃度NO2之響應圖 46圖 51、退火600℃之TiO2於室溫下量測不同濃度NO2之阻抗變化圖 47圖 52、退火600℃之TiO2於室

溫下量測不同濃度NO2之響應統整圖 47圖 53、退火600℃之TiO2於室溫下量測1ppm不同氣體之響應圖 48圖 54、退火600℃之TiO2於室溫下量測1ppm不同氣體之響應統整圖 48圖 55、退火600℃之TiO2於室溫下連續性量測之響應圖 49圖 56、不同退火溫度之CuO於室溫下對5ppm NO2之響應圖 50圖 57、不同退火溫度之CuO於室溫下對5ppm NO2之阻抗變化圖 51圖 58、不同退火溫度之CuO於室溫下對5ppm NO2之響應統整圖 52圖 59、退火600℃之CuO於室溫下量測不同濃度NO2之響應圖 53圖 60、退火600℃之CuO於室溫下量

測不同濃度NO2之阻抗變化圖 53圖 61、退火600℃之CuO於室溫下量測不同濃度NO2之響應統整圖 54圖 62、退火600℃之CuO於室溫下量測1ppm不同氣體之響應圖 54圖 63、退火600℃之CuO於室溫下量測1ppm不同氣體之響應統整圖 55圖 64、退火600℃之CuO於室溫下連續性量測之響應圖 55圖 65、NO2之感測示意圖 56圖 66、TiO2晶格缺陷示意圖[46] 57 表目錄表 1、各類汙染物的危害標準與來源 3表 2、感測器能耗之比較 9表 3、TiO2及CuO材料特性比較 12表 4、濕式蝕刻、乾式蝕刻及室溫雷射蝕刻比較 15表 5、TiO

2不同退火溫度之晶粒尺寸 33表 6、CuO不同退火溫度之晶粒尺寸 37表 7、所製備之TiO2與CuO感測元件量測結果比較 58

有毒氣體分子在二維 B2CO 單層改質前後吸附和感測特性的DFT研究

為了解決no2氣體感測器的問題，作者陳昱橖 這樣論述：

二維（2D）材料由於其優異的光學和電學性能而受到廣泛關注。此外，基於其優異的電學特性已被廣泛研究作為氣體傳感器。最近，一種新型的二維(2D)材料B2CO單層被研究並報導其具有顯著的結構、能量和熱力學穩定性。因此，我們將進一步研究二維B2CO單層對常見有毒氣體的感測機制。在本研究中，我們使用密度泛函理論 (DFT) 通過計算其吸附能來探索 CO、CO2、NH3、NO和NO2氣體分子在未改質、缺陷環境、Si/Al摻雜取代和拉伸/壓縮應變下B2CO單層上的感測特性。我們發現NO與NO2分子在未改質以及改質的B2CO單層上都有相當優秀的吸附能，其中又以NO2分子作用力最大。此外經歷缺陷以及原子參雜改

質後，僅有Al摻雜取代能夠有效提升CO、CO2和NH3在B2CO單層上的吸附能，其中CO、NO和NO2氣體分子吸附後系統的帶隙大小皆會大幅降低，以提升其導電率，這些是其他改質方法無法達到的結果。另一方面，我們的計算顯示，當我們在B2CO-Al單層上施加壓縮與拉伸應變時，可以進一步調節對NO2的吸附強度。最後，我們發現二維B2CO單層是一種很好的NO2氣體感測器，並且進一步對B2CO單層改性也被計算出能夠有效地提高B2CO單層對其他有毒氣體分子的感測能力。