三氧化鎢(tungsten oxide)是一種 n-type 半導體化合物及為陰極著色 的電色(Electrochromic，EC)材料。而且具有可逆氧化還原伴隨著電色 的反應。由於我們所給予的成長環境條件不同，就會使得形成的薄膜 成分不ㄧ樣，特性也不同。因此我們將其化學式表示為WOz，其中 z 稱之為 stoichiometric parameter ， 接著 Sviridov 及 Kulak 等人以 Rutherford Backscattering Spectrum 分析發現，z 的值介於 2.72～3 之 間，且同ㄧ薄膜內的鎢與氧組成比例也不盡相同。ㄧ般在不需考慮此
即三氧化鎢變色後即使移去偏壓其顏色也不會消失，當外加ㄧ反向偏
2.
Color center 成色：上色中心(color center)也會吸收可見光，引起電 子能階躍升而使得晶體成色。ㄧ般認為MxWO3的藍色是由於注入 WO3的電子被區域陷入(locally trapped)後，在陰離子空缺處形成上 色中心，因為附近離子的晶體力場(crystal field)給予電子可佔用的--在鹼性環境中，以注入 OH- 負離子機制為主： 備方式，形成為一般所稱的濺鍍氧化銥薄膜(sputtered iridium oxide film，SIROF)。非晶態和多晶態 SIROF 時，多晶態 SIROF 的電色反 應速度及電極催化特性較慢。但是，當以退火將SIROF 從非晶態轉
包圍的金屬性IrO2所形成的島嶼便被發展出來。對於電色機制而 言，離子及電子的傳導必須同時進行，而非晶態的 SIROF 有很高 的離子及電子傳導速率，其電子傳導速率仍大到足以平衡所增加 的離子傳導速率。
(3)夾層水分子：SIROF 在經過了幾次的電色循環中，由於大量的水 分子併入薄膜的夾層內，使得薄膜的體積膨脹，而像海綿體的結 構。水分子合併進入SIROF 的多孔質微隧道網路時，反應速度就 會變快，因此，氧化銥的快速電色機制和薄膜夾層水分子合併可能 有關。
(4)金紅石結構本身的隧道：不含水的IrO2為金紅石結構，其[001]方 向有空的隧道被IrO4+ 離子所包圍，及在其上、下被六角最緊密堆 積之 O2- 離子面包圍。這些隧道可允許小型離子易於進入氧化銥 的晶格內部。所以在氧化銥的電色反應機制中，小型離子容易快 速進入和移出，可能和氧化銥本身是金紅石結構有相當密切的關 係。
2.3 三氧化鎢/氧化銥二極體工作原理
我們分別將三氧化鎢、氧化銥銥薄膜濺鍍於白金電極上其反應式如 下：
(淺黃色絕緣體) WO3 ＋ xH＋ ＋ xe－ ⇔ HxWO3 (深藍色導體) (黑色導體) IrO2．H2O ＋ H＋ ＋ e－ ⇔ Ir(OH)3 (無色絕緣體)
三氧化鎢與氧化銥二極體施予偏壓下的結構如下圖：
從以上的反應式與圖示可知道，當我們施予正向偏壓將負極連接至氧 化銥，正極連接至三氧化鎢時，WO3/IrO2接面附近的IrO2，釋放出氫 離子與電子到 WO3，則導電度就大幅的提升；氧化銥薄膜所釋放出的 氫離子擴散至三氧化鎢薄膜，同時加上負極所提供的電子，造成了三 氧化鎢薄膜由氧化態還原成HxWO3 ，薄膜則由黃色變成了深藍色，
導電度也相對的提升。氧化銥薄膜的標準電位比三氧化鎢薄膜的標準 電位還高，所以兩薄膜間形成能量位障(Barrier)；當我們外加的偏壓 大於此位障時，元件則導通，電流增大，類似二極體順向偏壓下的電 性，因而我們將此狀態定義為順向偏壓。
反之，當我們施予負偏壓時，三氧化鎢薄膜的電子被正極所吸引，而
＋
H
+Pt Pt
IrO
2‧H
2O＋H
＋WO
3＋
－
H
+Pt Pt
IrO
2H
XWO
3－
由還原態變氧化成了WO3 ，同時釋放出氫離子與電子，導電度就下
其中E0WO3 表示WO3 標準電位，XF 表示電量( 庫倫 )，在固定偏