第五章 結果與討論
5.4 熱處理與化學處理對室溫電阻的影響
我們將製作完成的奈米元件，未經過任何處理，直接進行測量，我們發現元 件的室溫電阻非常的大，約 50 GΩ 以上，而我們系統的阻抗約 100 GΩ 左右，這 樣的量測訊號是不可相信的。而樣品之所以有這麼大的電阻，我們認為是來自於 材料外面有一層絕緣的有機層包覆所造成的，因此我們的目標是藉由去除包覆層 改善晶體與晶體間的耦合，來降低電阻，以下我們利用熱退火與化學處理兩種方 法來達成此目標。
5.4.1 熱處理
圖 5.4 奈米陣列熱處理前後對照圖：（a-c）為熱處理前奈米陣列之掃描式電子顯 微鏡影像；（d-f）為熱處理溫度為 500 ℃、400 ℃、300 ℃後影像，比例尺皆為 500 nm [3]。
Marija Drndić 等人於西元 2002 年提出熱退火對 CdSe 奈米陣列的影響[2]，
他們利用 TEM 影像觀察熱退火處理前後的 CdSe 奈米陣列，發現奈米陣列間距 的減小，熱處理的目的，主要是藉由去除顆粒外面的有機包覆層以減少顆粒間的
500 ℃ 400 ℃ 300 ℃
用加熱爐加熱至某一固定溫度，持續加熱一段時間，由於當溫度過高時，會使得 材料被熔化而破壞。熱處理的溫度與硒化鉛奈米材料的關係，由本實驗室洪祥智 學長所做的測試[3]，其將樣品控制在不同的溫度持下續加熱 30 分鐘，發現當熱 處理的溫度高於 300 ℃時，樣品結構因受熱而開始改變形貌，因此我們實驗中 使用的熱處理溫度都低於 300 ℃。
圖 5.5 電壓電流關係圖:(a) 熱處理時間間隔為 6 小時但加熱溫度為 150 ℃與 200 ℃；(b)熱處理時間間隔為 15 分鐘、加熱溫度為 225 ℃。
如圖 5.5 (a)，我們量測未做任何處理的硒化鉛奈米顆粒元件，電阻為 1011 Ω，
接下來我們將元件用 150 ℃進行熱處理 6 小時與 12 小時，發現電阻並未有什麼 改變，接著我們將熱處理的溫度增加至 200 ℃，一樣加熱 6 小時，此時電阻有
下降了約 6 個數量級，我們認為溫度過低時候，包覆層並未因為熱的作用而去除，
所以電阻並未有太大的變化；但是溫度增加時，包覆層逐漸受到溫度的影響而被 去除，如圖 5.5 (b)，我們將溫度增加至 225 ℃，加熱時間 15 分鐘為一個間隔，
熱處理完成後，馬上進行量測，重複 3 次，發現元件的電阻隨加熱時間的增加而 逐漸下降。依據這些數據，我們認為溫度的高低對去除包覆層的影響非常的大，
而非加熱的時間。後面的數據顯示，當熱處理的溫度達到 250 ℃時，此時加熱時 間只需 10 分鐘就可以將電阻下降 6 個數量級，若加熱時間增加至 6 小時，電阻 下降的程度與 10 分鐘效果相近。
5.4.2 化學處理
圖 5.6 (a)奈米元件進行不同時間的化學處理之電流電壓關係圖；(b)奈米元件浸泡 0.5 M 的 N2H4溶液五分鐘的 SEM 影像。
西元 2005 年 C.B. Murray 團隊提出一種化學處理的方法[4]，他們將 8 nm 的 硒化鉛奈米顆粒拿去浸泡於以聯氨(Hydrazine,N2H4)為溶質、乙腈 (Acetonitrile, C2H3N)作為溶劑的溶液中，隨著浸泡時間的增加，樣品的電導率可以增加 10 個 數量級左右，他們認為聯氨可以置換與去除奈米顆粒表面的油酸包覆層配體，可 以減少顆粒間距；此外，聯氨可以提供很多孤立電子(lone pairs of electrons)，可 以與奈米顆粒表面的懸鍵(dangling bonds)鍵結，他們預期顆粒的間距會趨近聯氨
包覆層，所以當經過熱處後的奈米顆粒其包覆層含量已經大量減少，所以聯氨對 其效果降低。