(exciton binding energy)，為直接型(direct bandgap)半導體，圖2-2，能 隙約3.37eV，屬寬能帶n型半導體；在功能性上，有高透光性、高折
藉非計量平衡式的陰離子缺陷來導電；帶電載子是由氧空缺(oxygen 鋅礦結構(Wurzite hexagonal structure)，如圖2-1 所示，當鋁原子摻雜 後，部份鋁原子將取代鋅原子的位子，由於Al3+為0.054nm 較Zn2+離
子遷移率。 濃度、溫度、ligand、pH質、metal counter-ion、離子張力(ionic strength) 等都有關係。 (0001)，而非極性的結晶平面有(11 2 0)與 (1010)；前者的熱力學穩定
度較低，後者較高。且由於極性與非極性平面在熱力學平衡上的差 kinetically locked-in 的方式限制{0001}成長。
(3). 在沈積初期，晶體表面的單層原子可逃脫熱力學上限制，自由 的轉換到(0001)方向，以利單軸成長機制的進行。
2-4 水溶液法合成一維氧化鋅之演進暨文獻回顧
2-4-1 水溶液法合成氧化鋅之演進與理論架構
Anderson 研究團隊，在 1991 年首先利用醋酸鋅(Zinc acetate)與氫 氧化鈉(NaOH)，在 80℃的乙醇中合成出氧化鋅奈米粒子，並且在該 研究中，初步建立了水溶液法合成氧化鋅奈米材料的理論架構[46]；
報導指出，氧化鋅是依Aggregation 以及 Ostwald growth 兩種理論架 構成長，如圖2-3 所示，慢慢地由 Monomer、Dimer、Unit cell、Cluster 成長到最後的奈米顆粒；其中 Aggregation 是傾向於形成氧化鋅團 簇，而 Ostwald growth 則是形成單晶氧化鋅奈米顆粒的主要機制。
2002 年間，Horst Weller 研究團隊在濃縮粒徑大小分佈在 3nm 左右的 氧化鋅奈米顆粒過程中發現到，氧化鋅不單只是以Ostwald growth 形 成奈米顆粒，取而代之的是以oriented attach 的方式做單軸成長，由 該研究中發現到氧化鋅沿單軸成長的趨勢[47]。此外，Bin Liu 等人，
利 用 硝 酸 鋅(Zinc nitrate)與乙二氨(ethylenediamine,EDA)的酒精溶 液，在常溫下與氫氧化鈉反應，可成功地製備出具深長寬比的氧化鋅 奈米棒[48]。
2-4-2 以水溶液法在基材上合成一維氧化鋅奈米陣列
2001年瑞士的Lionel Vayssieres研究團隊，首先以水溶液的方
式，在基材上合成出氧化鋅奈米陣列的相關報導[49]，該研究是利用 硝酸鋅鹽以及HMT ( hexomethylenetetramine )作為反應的前趨物，在 ITO導電玻璃上合成出氧化鋅奈米陣列。隨後即在2001年底，利用反 應時間的差異，在ITO及FTO玻璃上合成出管狀氧化鋅奈米結構 [50]；並且在2003年，以相同的方式直接在矽基材上長出氧化鋅奈米 陣列，成果相當顯著[51]；繼該團隊之後，與水溶液法在基材上長氧 化鋅奈米結構相關的研究便受到熱烈的討論。
2002年Zhengrong R. Tian等人，在這一系列相關的報導當中，首 先以晶種(seeds)的方式在基材上合成出氧化鋅奈米結構。Zhengrong R.
Tian等人，利用預合成好的棒狀氧化鋅基材做二次成長的反應過程 中，加入檸檬酸鈉(sodium citrate)作為改質劑參與反應，分別得到螺 旋狀以及碟狀兩種氧化鋅奈米結構[52]。這是水溶液法合成氧化鋅的 歷史上，第一次以晶種的方式合成出氧化鋅奈米結構，此後也廣泛的 應用在氧化鋅的水溶液合成法上。繼Zhengrong R. Tian之後，2003年 楊培東研究團隊，也將氧化鋅奈米粒子以旋轉塗佈的方式灑(spray)
矽基材上，然後再利用爐管以高溫氧化的方式，在350℃做熱處理動 (nano-rods)[42]。以 AZO 為緩衝層(buffer layer)合成氧化鋅奈米棒，
不但仍保有氧化鋅透明與導電的優勢，並且同時解決了其他緩衝層材 料晶格不匹配(lattice mismatch)的問題，增添了氧化鋅奈米棒在光電 上的應用價值。在報導中指出，氧化鋅奈米棒在成長的過程中，當晶 體與晶體間接觸在一起時，為了達到降低表面能的目的，原本獨立的 氧化鋅有傾向於熔合(fused bundle) 成長的趨勢，形成較大根的奈米 棒，如圖2-4 與圖 2-5 所示；因此，在該系統下的研究，倘若成長的 時間過長，將恐怕有影響其表面形態的可能性。
Kuveshni Govender 等人的研究指出，以 HMT 合成氧化鋅，同時 具備有「(1)基材選擇性高，可在 ITO、FTO、Si wafer、ZnO、GaN…
等多種基材上，合成出氧化鋅奈米陣列。(2) 低 pH 值，接近中性反 應，易於結晶平面的成長；並且便於調整反應濃度，改變合成環境之 離子張力(ionic strength)，能有效地控制棒狀氧化鋅的表面形態。(3)
反應達析出點(precipitation point)之後，再將基材置入溶液中參與反 應，可有效的提升基材的透光度。(4)利用 HMT 做反應物，可製備出 具更高規則度的棒狀氧化鋅奈米陣列。(5)較長及較粗的氧化鋅奈米 棒，有傾向於熔合(fused bundle)在一起的成長趨勢。」等多項特點[44]。
Youngjo Tak 等人以光阻作阻絕層，利用曝光顯影的方式，在鋅 緩衝層上達到選區成長的目的，如圖2-6 所示，其圖騰大小範圍座落 在50μm 左右；並且在報導中提到，如果以多次成長的方式合成氧化 鋅，圖 2-7，可避免氧化鋅直徑過份成長，在基材上得到具更深長寬 比(deep aspect ratio)的氧化鋅奈米線[54]。
2-4-3 塊式高分子模板
T. P. Russell group利用電場驅動的方式，首先將PS-b-PMMA塊式 高分子應用在模板技術上[37]；如圖2-8所示，PS-b-PMMA經過簡單 的UV曝光及酸洗過程之後，可選擇性移除PMMA相，形成多孔結構
的高分子模板，並且以此模板長出高密度的金屬鈷奈米線，可有效的 提升奈米線的單位密度(1.9x1011 wire cm-2)以及材料的表面積。
Dong Ha Kim 等人利用 PS-b-PEO 的稀薄溶液，圖 2-9，在 PEO 微胞相中加入預先以異丙醇(IPA, Iso-propanol)溶好的鹽酸(HCl)以及 鈦金屬鹽類(TTIP, Titanium tetra-iso-propoxide)，形成均勻的 PS-b-PEO 微胞溶液，旋轉塗佈後可在基材上得到PS-b-PEO 模板材料圖騰化的
須要去克服的議題；而在太陽能電池的研究領域上，氧化鋅，其半導
材料在有機太陽能電池上的不足，將所製備成之一維氧化鋅奈米陣 列，運用在有機太陽能電池之應用上。