1-1 前言
自從Iijima於1991年發現奈米碳管(carbon nanotubes, CNTs)以來
[1]
，引領了奈米材料研究的風潮。當材料尺寸逐漸縮小至奈米等級，場效電晶體[8,17]、太陽能電池[13,18-20]、光電元件[8,12]、氣體感測 器[8,21,22]等其他相關應用。
由於二氧化鈦(titania, TiO2)具有多樣性的成長方式、高熔點(1855
°C)、間接能隙(indirect band gap, 3.2 eV)、化學穩定性、物理安定性、
生物相容性、光穩定性、高光催化反應與高太陽能轉換性率，使得TiO2
成為熱門研究材料之ㄧ。而製備TiO2奈米管方式有陽極氧化法（anodic oxidation）
[23]
、模板法(template method)[24,25]、水熱法(Hydrothermal method)[26-30]…等。而其中模板法利用大範圍的奈米結構模板作為具有多孔性的材料，且其孔洞大小大都落在奈米尺度範圍。而其中又 以陽極氧化鋁(anodic aluminum oxide, AAO)模板為輔助，利用原子層 化 學 氣 相 沉 積(atomic layer deposition, ALD) 方 式 製 備 最 受 矚 目 之下，可在基材上製作一維TiO2奈米管陣列(TiO2 nanotube arrays)，並 可精準控制TiO2奈米管的直徑大小、管壁厚度(wall thickness)與奈米 管高度，而且TiO2奈米管幾乎呈90度垂直排列於基材上。此製程可隨 心所欲精準控制TiO2奈米管的表面幾何形貌，對其他製程而言是為罕 見，而如此優異的製備方式，將有利於後續光學特性的應用。本實驗 亦利用此優異的製備方式，於矽基材(Si substract)上製作TiO2奈米管 陣列，進而研究其光學性質與其光電轉換特性。
由於TiO2具優異的光學性質，且在環保綠色能源意識抬頭之下，
TiO2光觸媒[33,34]與染料敏化太陽能電池[18-20]深深吸引著學者投 入研究，然而多著重於材料特性與改質的光學特性探討[35-44]，以期 depletion region)將決定光電流流量(magnitude of photocurrent)[50, 55,
56]。雖然如此，異質接面對於TiO
2材料的研究依舊很貧乏，尤其是在奈米尺寸之下。
1-2 研究動機
由於環保綠色能源觀念日漸受到重視，因此學者多著重於染料敏 化太陽能電池[18-20]、TiO2光觸媒[33,34]與產氫能源[36]研究等等。
但是，在染料敏化太陽能電池TiO2主要扮演的角色是載子傳輸，非
換，研究其表面反應機制。鮮少人在室溫空氣環境下，研究整體TiO2
材料而對於紫外光吸收的光電轉換特性，而非只是表面反應研究。是 故，本實驗將在室溫空氣環境下，進行TiO2材料對紫外光吸收的光 電轉換特性之研究。
本實驗將利用 AAO 模板與 ALD 製程技術，在矽基材上製作直 徑、高度一致的垂直排列 TiO2奈米管陣列，並利用製程循環數(cycles) 控制 TiO2奈米管管壁厚度。由於鮮少製程可如此精準控制 TiO2奈米 管管壁厚度，因此在光激發螢光(Photoluminescence, PL)研究上，亦少 見管壁厚度對於 PL 光譜的研究探討。而 ZnO 材料文獻中曾提及
[57-59]，奈米管相較於奈米柱與薄膜有較高之
PL 發光光譜。是故，本實驗將討論TiO2奈米管管壁厚度對於 PL 光譜之影響，並預期較薄 的管壁厚度將會有較優異的PL 光譜表現。而電極材料的差異將可形 成蕭特基接點[45-51]或是歐姆接點[49-54]，而不同接點種類將影響光 電流的傳輸方向與流量大小。因此，本實驗將製作兩種不同種類的電 極，在不同管壁厚度下，研究其對於光電轉換特性之影響。