3.1.1 銅箔基板微電漿產生單元之製備
本實驗以業界所使用的印刷電路板(printed circuit board, PCB)之雙面銅箔基板 (double-sided copper clad laminate, EM-285, Elite material co., Ltd)進行微電漿產生單 元(microplasmas generation unit, MGU)之製作。使用之銅箔基板為「銅箔—絕緣玻 璃纖維布(FR-4)—銅箔」之三層結構，其中，銅箔之厚度約 17.5 μm、絕緣層之厚 度為0.002 英吋(約 50 μm)。
本實驗中以碳粉轉印技術(toner transfer process)並搭配濕式蝕刻，進行 MGU 電漿圖案之製作，其流程如圖3.1 所示：首先，以電腦繪圖軟體進行電漿圖案之設 計，並以市售之雷射印表機(HP LaserJet 1022, hp)將設計之圖案印於碳粉轉印紙 (toner transfer paper, PULSAR ProFx)上；接著將印有電漿圖案之碳粉轉印紙與銅箔 基板疊合後，以市售之護貝機(HeatSeal H212, GBC)進行多次的熱壓合，並將熱壓 合後之銅箔基板與碳粉轉印紙放置於水中約 1 至 2 分鐘，使碳粉轉印紙上之糊精 層(dextrin layer)溶解於水中，而可將碳粉轉印紙與銅箔基板分離，此時碳粉會保留 在銅箔基板上，完成電漿圖案之碳粉轉印；碳粉可作為濕式蝕刻之抗蝕刻保護層，
不過因其多孔性結構而抗蝕刻之效果不佳，故接下來以碳粉反應箔膜(toner reative foil, GreenTRF Foil, PULSAR ProFx)與印有碳粉之銅箔基板進行熱壓合，使原碳粉 上黏附碳粉反應箔膜之高分子材料，作為抗蝕刻保護層，而銅箔基板之另一面則是 以高溫絕緣膠帶(材質為 PI, Koptan, 今華電子)作為抗蝕刻保護層；將兩面皆覆有 抗蝕刻保護層之銅箔基板進入氯化鐵溶液中，進行濕式蝕刻(反應之溫度約為 45 °C、
時間為15 至 20 分鐘)，將未覆有抗蝕刻保護層之銅箔金屬蝕刻移除；最後以丙酮 洗去銅箔基板上之碳粉與碳粉反應箔膜高分子、撕除膠帶，完成MGU 之製作。
圖3.1 微電漿產生單元之製備流程。
3.1.2 結合微電漿產生單元之氧化鋅氣體感測裝置之電極設計
本實驗使用三電極之設計，如圖3.2 所示：雙面銅箔基板之兩面分別為 A 及 B 面，在A 面上有一對電極(電極 a 與電極 b)、B 面上有一電極(電極 c)，其中，A 面 之兩電極之電極圖案有直線形、指叉狀兩種設計，此兩種設計的兩電極之間的間隙 寬度設計皆為200 μm，不過間隙長度不同：直線形電極設計之間隙總長為 4 mm，
而指叉狀則為86.8 mm，此外，此間隙即為氧化鋅膜沉積位置。在此三電極的裝置 中，透過不同之電路設計，則可以使其有微電漿產生單元模式與電阻量測模式：
1. 微電漿產生單元模式(module of microplasma generation unit)
當於A 面之兩電極短路並接地、於 B 面之電極接上高壓交流電源時，當交流 電源提供之電壓大於MGU 崩潰電壓時，則可於 A 面上兩電極間 200 μm 寬之間隙 產生介電質放電型微電漿，如圖3.3 所示。於微電漿產生單元模式下，沉積於間隙 中之氧化鋅膜可直接被微電漿處理。
2. 電阻量測模式(module of resistance measurement)
當量測在A 面上的 a、b 兩電極之間之電阻時，此電阻即為沉積於間隙中之氧 化鋅膜之電阻，量測之方法為將此氧化鋅膜與一已知大小電阻串聯，並施加一已知 直流電壓，藉由量測串聯電阻所得到的分壓，以分壓定律可計算出未知之氧化鋅電 阻值，如圖3.4 所示。於電阻量測模式下，當此氧化鋅氣體感測器置於含有不同濃 度的待測氣體的氣氛中時，其電阻的變化可被記錄、並進行分析。
圖3.2 三電極設計示意圖。(a)直線形電極設計上視圖，(b)指叉狀電極設計上視 圖，(c)指叉狀電極之 α-β 截面之剖面圖。
圖3.3 微電漿產生模式之實驗裝置示意圖。
3.1.3 氧化鋅膜製備
本實驗使用一高壓交流電源供應器(PVM500 Plasma Power Generator, Amazing 1)做為微電漿產生之驅動電源，此高壓交流電源供應器可進行頻率、輸出電壓峰間 值(peak-to-peak voltage, Vp-p)調整，並且可以產生不同比例之工作週期(duty cycle) 的輸出。產生微電漿時，將MGU A 面之兩電極短路並接地、B 面之電極接上高壓 交流電源供應器的高壓端後，當Vp-p高於MGU 的崩潰電壓(peak-to-peak breakdown voltage, VBp-p)時，於 A 面上之 a、b 兩電極之間的間隙會產生微電漿，並以微電漿 對沉積於該位置的硝酸鋅就地進行處理(on-site treatment)，以將硝酸鋅轉化為氧化
鋅，裝置示意圖如章節3.1.2 圖 3.3 所示。
本實驗產生微電漿之氣氛有三種，於不同氣氛下之 Vp-p、頻率等條件列於表 3.1。
圖3.5 以噴霧法進行硝酸鋅膜沉積之實驗裝置示意圖。
表3.1 微電漿產生之操作條件
氣氛 f (kHz) VBp-p (kV) Vp-p (kV)
空氣 21.5 約2.0 2.60
氬氣 21.5 約0.90 1.17 氬氣中添加10%氧氣 21.5 約1.1 1.43