光感測文獻回顧

在 2001 年 Xiangfeng Duan 等人為了瞭解磷化銦奈米線的光感測特性，他們 先利用四點量測方式確定磷化銦奈米線與金屬接點為歐姆接觸，其目的證實是由 本質奈米線產生光致發光現象，再使用閘極電壓來分辨元件的 n 型與 p 型(前者 是奈米線摻雜銻，後者是奈米線摻雜鋅)，接著製作含有 p-n 接面的奈米線元件，

此元件結構如圖 2-2 所示。

圖 2-2 交叉奈米線元件(n-n 接面)的場發式電子顯微鏡圖 [3]。

在圖 2-2 中，AC 端及 BD 端皆為 n 型，故他們將其中一端改為摻雜鋅的奈 米線，使其成為含有 p-n 接面的奈米元件。將元件照光後，p-n 接面會吸收光子 進躍遷至較高能態的激發態後返回低能態，同時放光子的過程，則此過程稱為光

2 μm

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致發光(photoluminescence, PL)，若放光子過程是由外加電場所致，則稱為電致發 光(electroluminescence, EL)，如圖 2-3 所示。

圖 2-3 (a)在 2.5 V 的順偏壓下，磷化銦奈米線 p-n 接面的電致發光圖，插圖 為光致發光圖，比例尺為 5 μm。(b)電致發光強度與電壓的關係圖，插圖為 電流與電壓特性圖及 p-n 接面的電子顯微鏡圖，比例尺為 5 μm [3]。

圖 2-3 (a)是在施加 2.5 V 偏壓下的電致發光影像，插圖為光致發光的影像，

由光致發光影像觀察出奈米線元件確實是兩個交錯線的結構，再將電致發光與光 致發光影像比較之下，電致發光最亮影像位置是和光致發光的交叉點位置互相符 合。另一方面，在圖 2-3 (b)中，他們觀察到電壓在 1.7 V 時，電致發光強度開始 被偵測到，電壓在 1.5 V 為導通電壓，大於此電壓後的電流會明顯地增幅，而插 圖中可以觀察元件有整流的性質，因此他們由以上的觀察證實發光源是來自於奈 米線的 p-n 接面 [3]。

在 2007 年 Ataur Sarkar 將磷化銦奈米線元件放置在黑暗、白光及波長為 630 nm 氩氖雷射照射中的三種情況下量測電流-電壓關係圖，如圖 2-4 所示。在圖 2-4 (a)中，由於有照射光的元件會產生電子-電洞對，透過外加偏壓下產生光電流，

電阻值會減小，因此在電流-電壓關係圖中的斜率會大於在黑暗中量測的斜率；

然而，由於雷射光的波長比磷化銦的能帶隙小，所以有較強的能量能夠使奈米線 5 μm

(a) (b)

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產生較多的電子-電洞對，斜率則比在黑暗及白光中更加明顯地增大，如圖 2-4 (b) 所示。又由於非晶矽電極為一重摻雜的 n 型電極，其近似於金屬電極，在電極照 光後產生的光激子不可能增加載子濃度，因此證實光電流起源是磷化銦橋奈米線

。另一方面，他們將元件用波長為 630 nm 的氩氖雷射照射後，每隔一段時間量 測其電流與電壓關係，如圖 2-5 (a)所示，他們觀察照射過後所產生的光電流會隨 著時間而漸慢地衰減，其中在 10 小時的衰減時間後，電流約降至 15 nA，這表 示在關掉雷射照射後，奈米線有殘餘性的光導電率。然而，在曝光後的元件會生 成較大的光電流，主要是由於當時是有電子-電洞對的產生，隨著時間的消逝，

元件會因為電子-電洞的復合率增加進而發生衰減的情形。

最後他們為了瞭解偏壓是否會影響載子電流的衰減，故記錄與電壓相依的光 電流曲線，如圖 2-5 (b)所示。他們所施加偏壓範圍是-8 V 至-2 V 之間，而載子密 度是相同地，圖 2-5 (b)顯示出光電流曲線類似指數衰減圖形，在高偏壓情況下的 衰減速度較快且 10 分鐘後的光電流與偏壓不相關，主要是由於雷射光照射後所 產生的電子電洞對會存在於兩電極之間，若使用大偏壓下會將其給掃除掉，因此 光電流會比其他偏壓還快降低，隨著時間的增加，剩餘的載子會因為雙異質接面 的內建電位、奈米線的缺陷、空間電荷效應等原因而造成趨向於穩定的光電流 [4]。

圖 2-4 (a)在不照光情況與在白光照射下的電流與電壓關係圖，插圖為電流與 電壓的對數曲線圖。(b) 在不照光情況、白光與 630 nm 的氩氖雷射照射下 的電流與電壓關係圖 [4]。

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圖 2-5 (a)將波長為 630 nm 的氩氖雷射照射後的電流與電壓關係圖。(b)在波 長為 630 nm 的氩氖雷射照射後，光電流衰減與偏壓大小的關係圖 [4]。

2.3 氣體感測文獻回顧