圖 4-16 添加矽油未經退火處理的元件(With Oil as-deposited)即有明顯的光暗電流變 化，圖 4-17 經過退火處理後(With Oil after annealing)，光感測特性更佳，在+5 V 時有較 大的電流增益接近 3 個數量級(暗電流為 4.31x 10-7 A、光電流為 2.45x 10-4 A)。圖 4-18
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圖 4-15. 未加入矽油，退火處理後之(a)I-V 圖及(b)I-t 圖
圖 4-16. 加入矽油，退火處理前之(a)I-V 圖及(b)I-t 圖
圖 4-17. 加入矽油，退火處理後之(a)I-V 圖及(b)I-t 圖
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圖 4-19. 紫外光感測器之響應時間 I-t 曲線
圖 4-18. 紫外光感測器之光電流/暗電流 I-V 特性曲線
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4-4-2 示波器量測響應時間(I-t)
評估一個紫外光感測器效能好壞有兩個重要指標，第一是具備大的電流增益特性 (IUV/IDARK)、第二個是具備快速的響應時間。由於紫外光感測器之響應時間非常快，本 實驗操作之電源電錶儀(Keithley)受限於程式最快只能記錄下 0.1 秒的數據間隔，因此本 實驗進一步搭配示波器量測其響應時間，利用 Arduino 程式控制 UV LED 光源每 10 ms 亮/10 ms 暗一次，故每秒閃爍 50 次 (50 Hz)。綜合比較紫外光感測器之響應時間 I-t 曲 線，圖 4-20.(a)0 到 0.2 s 時間範圍內，每 10-4 s 紀錄一個數據點、圖 4-20(b) 0 到 0.02 s 時間範圍內，每 10-5 s 紀錄一個數據點，進一步觀察更小的時間範圍。圖 4-21、4-22、
4-23 進一步計算感測器之響應時間，上升時間定義為光電流從 10%上升至 90%所需時間；
下降時間定義為光電流從 90%下降至 10%所需時間，響應時間紀錄於表 4-1。
圖 4-20.(a) 紫外光感測器之響應時間 I-t 曲線(示波器)，0 到 0.2 s 時間範圍內每 10-4 s 紀錄一個數據點
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圖 4-20.(b) 紫外光感測器之響應時間 I-t 曲線(示波器)，0 到 0.02 s 時間範圍內每 10-5 s 紀錄一個數據點
圖 4-21. 利用示波器量測紫外光感測器(Without Oil after annealing)之響應時間(I-t)曲線
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圖 4-22. 利用示波器量測紫外光感測器(With Oil as-deposited)之響應時間(I-t)曲線
圖 4-23. 利用示波器量測紫外光感測器(With Oil after annealing)之響應時間(I-t)曲線
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查閱相關論文得知影響響應時間快慢有非常多的因素[11-14]，第一個機制是電子電 洞對在塊材內部複合所需時間(band-to-band recombination)，非常快大約只需 10-9秒。第 二個是由電洞捕捉機制與氧氣敏化現象主導，所需的時間較久。本研究所製備出的三種 紫外光感測器其上升時間與下降時間皆小於 10 ms，與目前眾多期刊論文互相比較，整 理成表 4-2，不論單純是以氧化鋅作為紫外光感測器[6, 10-12, 14, 20]，或者是氧化鋅搭 配上石磨烯等組成的複合材料感測器[2-3, 9, 15-19]，都快上許多。
4-4-3 光響應度(Responsivity)、量子效率(External quantum efficiency, EQE)
R = 𝐼𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜
𝑃𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜∗ 𝐴𝑟𝑒𝑎= 𝑞
ℎ𝑣∗ 𝐸𝑄𝐸 = 𝜆
1240∗ 𝐸𝑄𝐸
本研究利用光功率計偵測 365 nm UV 光源功率大小為 0.3 mW/ cm2、元件之有效面 積為 0.5 cm2，施以不同電壓大小(從 0 V 到+5 V 每 0.01 V 為一個點間隔)量測紫外光感 測器響應度(R)與量子效率(EQE)數值變化情形，數據如圖 4-24。量測之數據整理在表 4-2。
(a) (b)
圖 4-24.紫外光感測器施以不同電壓大小量測其(a)響應度及(b)量子效率(EQE)數值 變化情形
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6 ZnO thin films Hydrothermal method
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14 ZnO nanowires Chemical vapor
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第五章 結論
1.利用熱蒸鍍法並不能直接製備氧化鋅的奈米顆粒，雖然蒸鍍源是氧化鋅粉末，但在真 空環境中加熱會使氧化鋅粉末裂解成氧與鋅，其反應方程式為: ZnO→ Zn + O。需進 一步透過退火處理的方式以改善氧化鋅缺氧的情形，結果發現以 500°C 持溫兩小時退 火處理後，鋅會轉變成氧化鋅結構，經 XRD 分析形成之氧化鋅為多晶結構，此外 PL 分析其缺陷發光亦大於能隙發光，代表在此製成參數下所得之氧化鋅奈米顆粒結晶性 不佳。
2.本研究成功利用熱蒸鍍方法，將氧化鋅粉末蒸鍍於矽油裡形成奈米顆粒薄膜，有別 於一般的連續薄膜，不須經過退火處理程序即具有紫外光感測特性，可從 PL 圖譜與 電性量測結果相互驗證，此特性可以減少高溫退火的步驟，未來可望應用於製作紙 基材(flexible)為主的氧化鋅電子元件。添加矽油之紫外光感測器經過退火處理後可以 產生 nanograined 氧化鋅奈米薄膜，在+5 V 偏壓下有最佳的光暗電流比值，可達接近
3 個數量級。推測具有較佳的光響應特性是由於此奈米結構具有較佳的比表面積 (surface-to-volume ratios)特性。
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