2 備較大的 PN 接面，提供更大的空乏區(depletion region)面積進行載子的激發，提供了一 個更為理想的奈米線光伏元件結構[4]；奈米結構的大小與許多生物或化學種類相近，適 合用於生物感測器與化學感測器的製作。以場效電晶體做為生物感測器的概念數十年前 就有了，利用被感測物種帶電的特性與電晶體通道結合後改變導電率的特性進而達到感 測的效果。跟傳統平面場效電晶體比較起來，奈米線場效電晶體具備了較高的比表面積，
可提高感測能力。Charles M. Lieber 團隊在 2001 年利用矽奈米線場效電晶體進行化學及 生物感測的研究，發現導電率隨著 PH 值改變有規律的變化[5]，如圖 1-6 所示。該團隊
3 微鏡(atomic force microscope, AFM)對鍺奈米線進行機械強度測詴，研究結果顯示鍺奈米 線的楊氏係數(Young’s modulus)與塊材鍺的表現十分接近，在奈米尺度下仍具有高強度，
具有作為奈米電子電機元件的建構基材的潛力[16]；Mark L. Brongersma 團隊在 2009 年 對鍺奈米線進行吸收光譜的研究，發現吸收光譜可藉由控制奈米線的尺寸大小、形貌及 方位進行調變，進而提高鍺奈米線的吸收效率或改變光譜的吸收波段，具有潛力進行奈 米光電元件如光感測器及太陽能電池的製備[17]；Pierre N. Martin 團隊在 2010 年進行鍺 奈米線粗糙化與熱導率的研究，熱電靈敏度即 ZT 值可表示為式(1)，其中 κ 表示熱導率，
該團隊發現藉由控制鍺奈米線的尺寸及粗糙度可有效的降低熱導率，進而提升 ZT 值，
顯示出鍺奈米線有效進行熱電能源轉換的潛力[18]；Chi-Young Lee 團隊在 2010 年進行鍺 奈米結構場發特性及電子傳輸特性量測，該研究發現鍺奈米線具有良好的場發特性，可
1-3-1. 雷射消融法(Laser ablation)
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Charles M. Lieber 團隊在 1998 年首次以雷射消融法成功合成矽奈米線與鍺奈米線 [20]，雷射消融法設備示意圖如圖 1-8 所示，利用聚焦透鏡將 Nd–yttrium-aluminum-garnet 所產生波長為 532 nm 的雷射聚焦後打在靶材上，靶材由欲成長之材料及金屬催化劑製
1-3-2. 熱蒸鍍法(Thermal evaporation)[22-28]
Gu 團隊在 2001 年首次利用熱蒸鍍法合成出鍺奈米線[23]，熱蒸鍍法設備示意圖如
1-3-3. 化學氣相沉積(Chemical vapor deposition)[29-31]
Dunwei Wang 與 Hongjie Dai 在 2002 年首次利用低溫化學氣相沉積成功合成鍺奈米 線[30]，化學氣相沉積設備示意圖如圖 1-11 所示，以鍺烷做為反應氣體通入腔體，在高 溫下使其與基板上的金屬催化劑進行反應，分解為鍺與氫氣，配合氣液固(VLS)機制，成 長奈米線。
1-3-4. 超臨界流體-液-固(Supercritical-fluid-liquid-solid)[32-34]
超 臨 界 流 體 - 液 - 固 合 成 法 設 備 示 意 圖 如 圖 1-12 所 示 ， 將 反 應 的 前 驅 物 如 DPG(diphenylgermane), TEG(tetraethylgermane)與金屬催化劑及溶劑如甲苯、正己烷等以
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1-3-5. 水熱法(hydrothermal method)[35-37]
L.Z. Pei 團隊利用水熱法成功合成出鍺奈米線[35]，其團隊以銅箔做為基板，以鍺粉 與二氧化鍺粉末做為前驅物，兩者以重量比 1:1 與蒸餾水均勻混合後放置於壓力鍋中，
將壓力鍋密封後溫度設定為 350 ℃，壓力為 6.4-6.8 MPa，攪拌器以 100 rpm 的轉速持續 轉動以均勻混合溶液，保持此實驗條件 24 小時後即完成奈米線合成。
在水熱法中，奈米線藉由金屬化合物輔助成長的方法合成出來，此成長機制與氧化 物輔助成長(OAG, oxide assisted growth)類似，Shuit-Tong Lee 團隊在 2003 年提出以氧化 物輔助成長的機制進行矽奈米線的合成[38]，其成長機制示意圖如圖 1-14 所示，在此機
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1-4-1. PN 接面(PN junction)
傳統利用離子佈植的方法進行摻雜，雖可以達到均勻摻雜的效果，但同時也會對被
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用化學氣相沉積進行奈米線的合成，奈米線合成結束後即可利用其不銹鋼基板進行量測，
此陽極結構可達到高電容及高循環次數的表現，具有取代傳統石墨陽極的材料的潛力 [42]。
1-4-3. 場效電晶體(field effect transistor)
Hongjie Dai 團隊在 2004 年發表了 P 型及 N 型鍺奈米線的合成及背向閘極與上閘極
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圖 1-1. 一維奈米結構型態示意圖[50]。
圖 1-2. 利用奈米線的交疊進行邏輯閘的製備及量測[1]。
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圖 1-3. 以 AFM 進行氧化鋅壓電特性量測[2]。
圖 1-4. 軸向 PN 接面奈米線光伏元件[3]。
圖 1-5. 徑向 PN 接面奈米線光伏元件[4]。
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圖 1-6. 以矽奈米線進行表面處理後做為化學感測器[5]。
圖 1-7. 以矽奈米線進行 DNA 感測示意圖及量測圖，(1)~(4)分別代表濃度為 100 fM, 30 fM, 10 fM, 1 fM 的 DNA 溶液[6]。
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表 1. 鍺與矽塊材性質比較表[7]。
表 2. 鍺奈米線合成方法及其前驅物比較
圖 1-8. 雷射消融法合成示意圖[20]。
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圖 1-9. 氣液固機制合成奈米線示意圖[21]。
圖 1-10. 以熱蒸鍍法進行奈米線合成設備示意圖[7]。
圖 1-11. 以化學氣相沉積進行奈米線合成示意圖[51]。
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圖 1-12. 以超臨界流體液固合成法進行奈米線合成設備示意圖[32]。
圖 1-13. 以溶液-液-固機制進行奈米線合成示意圖[34]。
圖 1-14. 氧化物輔助成長機制與氣液固成長機制比較[38]。
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圖 1-15. 以水熱法合成所得鍺奈米線形貌[35]。
圖 1-16. 以多階段成長進行表面摻雜以合成奈米線 PN 接面示意圖[39]。
圖 1-17. 以多階段成長形成鍺奈米線的軸向 PN 接面[40]。
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圖 1-18. 以薄膜、顆粒及奈米線進行鋰電池陽極製備示意圖[41]。
圖 1-19. 鍺奈米線應用於鋰電池陽極示意圖及量測[42]。
圖 1-20. 鍺奈米線背向閘極結構場效電晶體示意圖[52]。
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圖 1-21. 鍺奈米線上閘極結構場效電晶體[9]。
圖 1-22. 徑向異質結構合成示意圖及電子顯微鏡影像[43]。
圖 1-23. 鍺奈米線環繞閘極結構場效電晶體[43]。
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圖 1-24. 光強度改變對(a)導電率及(c)光導增益的影響，(d)光偏振感測特性的測量[44]。
圖 1-25. 單根鍺奈米線光感測特性量測示意圖[45]。
圖 1-26. 單根鍺奈米線及網狀結構奈米線的光感測特性比較[46]。
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圖 1-27. 鍺化銅/鍺異質接面能帶關係圖[49]。
圖 1-28. 鍺化銅/鍺/鍺化銅異質接面[49]。
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