第五章 結果與討論
5.4 磷化銦奈米線之氣體感測特性
在過去研究氣體感測裝置主要是利用金屬氧化物及半導體材料去作為感測 材料，其原理機制被推測是由奈米線表面的化學吸附機制所致；然而，在 5.2 節 中，我們已知磷化銦奈米元件的電性行為是由本質奈米線及接點電阻所影響，故 我們嘗試著探討接點電阻在氣體感測方面是否有影響。實驗流程如下所述。首先，
我們將兩組磷化銦奈米元件曝於氮氣，接著曝於氧氣，反覆數次觀察曝氮與氧後 電壓-時間的特性曲線圖，由於輸入固定電流值及其電流-電壓圖為線性，所以電 壓變化率即為電阻變化率，接著我們繪製電阻變化率與曝氣時間圖，如圖 5-14 所示。
圖 5-14 本質奈米線(無 errer bar)與接點電阻(含有 errer bar)主導電性的元件 分別在氮氣與氧氣環境下量測電阻變化率-時間的關係圖。
在圖 5-14 中，R/ R0為在照曝氧/曝氮的電阻變化率，其中本質奈米線(無 errer bar)與接點電阻(含有 errer bar)主導電性的元件的室溫電阻值分別為 6.4×107 Ω 及
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6.9×108 Ω，我們發現本質奈米線主導電性元件及接點電阻主導電性元件在曝氧 氣環境會有電阻變化的趨勢。曝於氧氣後，電阻值皆會有明顯的增幅，觀察本質 奈米線主導電性元件在曝氧後/前的電阻變化率(R/ R0)分別為 1.07 及 1，故增大 7
%左右；反觀，而接點電阻主導電性元件在曝氧後/前的電阻率(R/ R0)分別為 1.3 及 1，故增大 30 %左右。由以上結果暗示曝氧後的元件內部電子比未曝氧時還要 少，而且也暗示接點電阻主導電性元件比本質奈米線主導電性元件在曝氧前後的 電子數量變化率較多，故電阻變化才會較大。在圖 5-14 中，接點電阻主導電性 元件比本質奈米線主導電性元件的電阻變化還高出 5 倍，此時我們思考隨著室溫 電阻的增加，電阻變化率是否就越大。因此，我們做多組光感測實驗，並繪製室 溫電阻變化率-室溫電阻關係圖，如圖 5-15 所示。
圖 5-15 磷化銦奈米元件的室溫電阻變化率-室溫電阻關係圖
。
在圖 5-15 中，ΔR(此為|R-R0|)為在曝氧前後的電阻變化差值，我們發現圖中 的元件皆有電阻變化的行為產生，而且隨著元件室溫電阻值的增加，電阻變化率 也隨之提升，其中本質奈米線主導元件(即室溫電阻約為 107 Ω)在曝氧前後的電
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因此我們發現接點電阻在氣體感測會有影響，而且本質奈米線主導電性及 奈米接點主導電性的元件在曝氧後皆會有電阻變化率，其中後者的電阻變化率會 比後前者還要來得大，若要在兩者之間選一個為氣體感測器，必然選定靈敏度較 高的元件(接點電阻主導的元件)，不過室溫電阻較高的元件，其電阻變化率會降 低的原因必須在做更多的實驗來探討及驗證。
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圖 5-16 (a)金屬電極與磷化銦奈米線曝氧前後之內部電子流動示意圖(此為本質 奈米線主導電性的元件)。(b)金屬電極與磷化銦奈米線曝氧前後之內部電子流動 示意圖(此為接點電阻主導電性的元件)。
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參考文獻:
[1]Zhaoping Liu, Kai Sun, Wen-Bin Jian, Dan Xu, Yen-Fu Lin, and Jiye Fang, Chem.
Eur. J. 2009, 15, 4546-4552.
[2]張家弘，“磷化銦奈米線場效電晶體之光電特性”國立交通大學電子物理研究所 碩士論文(2009)
[3]邱奕正，“氧化鋅奈米線電子元件之奈米接點電性研究”國立交通大學電子物理 研究所碩士論文(2008)
[4]Yen-Fu Lin and Wen-Bin Jian Nano Lett. 2008, 8, 3146.
[5]Pai-Chun Chang and Jia Grace Lu, Appl. Phys. Lett. 92, 212113, 2008.
[6]R. R. Mehta and B. S. Sharma, J. Appl. Phys. 44, 325 (1973)
[7]N. Matsuo, H. Ohno and H. Hasegawa, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 23, L299 (1984) [8]O. Katz, V. Garber, B. Meyler, G. Bahir and J. Salzman, Appl. Phys. Lett. 79, 1417 (2001)
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從圖中的高溫部分電性行為是使用熱活化傳輸理論(thermally activated transport theory)去擬合，低溫部分使用變程跳躍傳輸理論(variable hopping transport theory) 擬合，綜合上述理論擬合結果及文獻，我們推測磷化銦奈米元件的電性行為可能 是由本質奈米線及接點電阻共同影響。因此，若本質奈米線影響較多(室溫電阻 值接近 107 Ω )，則本質奈米線主導電性，室溫電阻值較小，但若是接點電阻影 響較多(室溫電阻值接近 109 Ω)，則接點電阻主導電性，室溫電阻值較大，最後