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4.1 低溫系統溫度校正
本實驗主要是在低溫環境下,故溫度的準確性是非常重要的,故我
們要對溫度作校正,而分別在0℃、10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃利用 Keithley 197 量取其產生的電動勢,而 其結果分別如下:0.88mv、1.273mv、1.670mv、2.078mv、2.493mv、
2.913mv、3.344mv、3.785mv、4.236mv、4.694mv,而與其廠商的附 表比較可知其差值約為0.88mv,而且電壓對溫度的斜率都幾乎相同,
於是我們設0.88mv 為 setoff。於是再對附表之數據作處理,就可做出 電壓對溫度校正圖,如圖Fig.4.1 所示。
4.2 元件在無電解質下之二極體特性
本元件主要是由導體 IrO2 ,HxWO3 與絕緣體 Ir(OH)3 ,WO3之間 的氧化還原轉換來造成元件的開(on)關(off)動作,故我們可在元件製 作完成時,藉由量測元件的I-V 曲線特性,來判斷此二極體元件是否 有符合正常進行反應的 I-V 曲線。而量測結果如 Fig.4.2 所示,其量 測範圍是由-7V ~ 2V,逆向飽和電流幾乎為定值約為 10-9 A,當逆向 偏壓加到約-5V 時,元件開始進入崩潰區,我們定義此電位為齊納電 位(Zener potential)並以 Vz表示之,而逆向電流也會開始增加;而正 向偏壓約在0.7V 時電流值才開始急劇上升,我們定義此處為 Vonset, 此現象與一般的二極體ㄧ樣都具有 turn on 的特性,我們也可從圖中 看出其I-V 特性曲線是不對稱的,而且整個二極體元件的電流大概都 在數十µA 的等級,使得其消耗功率非常小,所以我們可將適用於微 形感測器上。而從實驗圖中,我們可知元件在外界無提供氫離子的狀 態下,元件還是可正常運作,那就表示元件的氧化銥薄膜的確夾存著 氫離子,氫離子可從薄膜擴散出來而反應。
4.3 元件在低溫下之二極體特性
我們將三氧化鎢/氧化銥元件放入杜爾瓶中,並倒入液態氮令其冷 卻並分別在 27℃、0℃、-30℃、-50℃、-70℃、-90℃的環境下量測,
我們發現在不同溫度下所得到的 I-V 曲線都有二極體的特性,如圖 Fig4.3 所示,元件在 27℃、0℃、-30℃、-50℃、-70℃、-90℃時的
Vonset 分別約為 0.7V、0.8V、0.9V、1.1V、1.3V、1.5V,有隨著溫度
的降低而逐漸增加的趨勢,而其Vz分別約為-5V、-7V、-9V、-11.5V、
-14.5V、-18V,而造成 turn on 與 break down 電位延遲主要原因為當 溫度降低時,氫離子的擴散係數變小,而造成擴散能力變小,可反應 到27℃時量到的 Vonset分別約為1.5V、1.3V、1.1V、0.9V、0.8V、0.7V,
其Vz分別約為-18V、-14.5V、-11.5V、-9V、-7V、-5V,再與原曲線 比較幾乎有循環性重複的結果,另外對27℃~-90℃和-90℃~27℃兩個
再將其量測到的電壓值除以電流+10μA 即可知道其在不同溫度下
是電位軸以外,我們還可以當成時間軸,因將電位軸除以掃描速率即 可求出反應時間)。再將元件從溶液中取出吹乾表面,並放置室溫下 陰乾 24 小時,使其表面水分蒸發,再拿到低溫系統裡測量其 I-V 二 極體曲線,我們可以發現整個元件的特性變好了,因為電流值明顯的 變大,與原先沒有預置 H+ 離子時比較,電流約放大為原先之 3.3 倍 左右,如圖Fig4.9 所示。如此一來,可知道影響元件電流大小的主因 是與薄膜內的氫離子濃度有關,主要原因為氫離子的質量大造成擴散 速率慢而薄膜有足夠的電子可與行雙載子注入的氧化還原反應,所以 我們知道影響電流大小的成因是由氫離子的濃度對空間的梯度也就 是擴散速率所造成。
4.6 不同重疊面積下之二極體特性
進一步我們可利用光罩面積大小的不同,使其曝光面積不一樣,
再對其作濺鍍,如此就會產生氧化鎢與氧化銥的重疊界面面積不同。
於是我們就按上述方法作出四種重疊面積不同大小的元件,而其重疊 面積分別為 2.85×10-4、2.97×10-4、3.38×10-4、3.92×10-4cm2,再分別 從0 ~ 2V 順向偏壓下量取其 I-V 特性曲線,其結果如 Fig4.10 所示。
我們可從圖知道,其元件的I-V 特性都差不多,皆與一般二極體一樣 具有turn on 的特性,其 Vonset皆約在0.7V 左右,由此可知重疊面積 的不同並不影響 Vonset 的大小。除此之外,我們還可知當電流達到 200µA 等級時,元件還是可以照常工作,所以此元件的特性非常良好。
接著,將電壓值定在 1.5V,量其對應之電流值,如此一來,可得到 四組電流與重疊面積的數據,在分別對其作圖,其結果如 Fig4.11 所 示。由圖可知重疊面積與電流值幾乎成線性關係,而造成此結果的原 因主要是因為我們施加偏壓時,整個三氧化鎢薄膜保有一相同電位,
而氧化銥薄膜又保有另ㄧ電位,所以整個重疊區域就有一個電位降的 存在而產生電場,這也就是兩薄膜串聯時電流通過的截面積。