博碩士論文 103329009 詳細資訊




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姓名 李承學(Cheng-Hsueh Lee)  查詢紙本館藏   畢業系所 材料科學與工程研究所
論文名稱 以溶凝膠法製備鋁鈦共摻雜氧化鋅薄膜並研究其微結構,腐蝕及光電化學之特性
(Microstructural, Corrosion, Photoelectrochemical properties of Al,Ti co-doped ZnO thin films prepared by sol-gel method)
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摘要(中) 本研究以溶膠凝膠法搭配旋轉塗佈技術於玻璃基板上成長鋁鈦共摻氧化鋅薄膜,研究內容嘗試改變摻雜前驅物之濃度探討氧化鋅系薄膜之微結構、光學、腐蝕特性並應用於光電化學分解水。研究結果顯示:所有試片經熱處理後,由X光繞射圖分析得知:薄膜皆為六方晶系纖維鋅礦結構且無二次相產生,以c軸(c-axis)為優選方向,由掃描式電子顯微鏡觀察得知,氧化鋅薄膜經摻鋁(0~4 at.%)、摻鈦(0~4 at.%)及共摻(0.0 ~1.0 at.%鈦和1 at.%鋁)都皆有晶粒細化現象。經UV-Vis光譜穿透分析得知,摻鋁薄膜平均透光率約88 %、摻鈦者為90 %,共摻則約89%。薄膜之電阻率以四點探針量測結果顯示,氧化鋅摻1 at.%鋁之有一最低電阻率(約42 Ω cm)、摻0.5at.%鈦之薄膜有一最低電阻率(約47 Ω cm),共摻1 at.%鋁與1 at.%鈦之薄膜則其電阻率則降至8.21 Ω cm。薄膜電化學性質上則以Tafel極化法來判斷材料抗腐蝕特性,結果顯示,隨鈦含量之增加則薄膜抗蝕性越佳。
摘要(英) In this study, we prepared the Al, Ti codoped ZnO thin film on glass substrates for photoelectrochemical (PEC) water splitting by sol-gel method using spin-coating technique. Effect of dopant concentrations on the microstructural, morphological, optical and electrochemical properties of ZnO-based thin films are investigated. Result from X-ray diffraction patterns, all samples belonged to wurtzite ZnO phase with a c-axis preferred orientation. Through scanning electron microscope, average particle size in TAZO decreased with increasing dopant content. Average optical transmittance measured by UV-Vis spectrophotometer indicated 88% for AZO, 90% for TZO and 89% for TAZO. The resistivity was measured at 42 Ω cm for AZO doped with 1 at.% Al, at 47 Ω cm for TZO doped with 0.5at.% Ti, at 8.21Ω cm for T1.00A1.0ZO co-doped 1 at.% Al with 1 at.% Ti analyzed by four-point probe. Through electrochemical measurements, we found that the dopant concentration of Al, Ti plays an important role in TAZO that affected photocurrent density, stability of water splitting and anti-corrosion.
關鍵字(中) ★ 溶膠凝膠法
★ 旋轉塗佈
★ 鋁鈦共摻雜氧化鋅薄膜
★ 光電化學
關鍵字(英) ★ Sol-gel method
★ Spin-coating
★ Al, Ti codoped ZnO (TAZO)
★ water splitting
論文目次 摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 ix
圖目錄 xi
一、緒 論 1
1-1 前言 1
1-2 研究動機、目的與目標 3
二、基礎理論與文獻回顧 5
2-1 半導體簡介 5
2-2 氧化鋅 6
2-3 氧化鋅異質元素摻雜 6
2-4 溶膠-凝膠法 8
2-5 溶膠凝膠法覆膜方法 12
2-6 溶膠凝膠法製備氧化鋅文獻回顧 14
2-7 摻鋁氧化鋅薄膜之文獻回顧 16
2-8 摻鈦氧化鋅薄膜之文獻回顧 17
三、研究方法 19
3-1 實驗規劃 19
3-2 實驗藥品、裝置 20
3-2-1 實驗藥品 20
3-2-2 實驗裝置 21
3-3 實驗步驟 21
3-3-1 試片清洗 21
3-3-2 前驅物之合成 22
3-3-3 薄膜製備 23
3-3-4熱處理 24
3-4 分析儀器與分析方法 24
3-4-1 氧化鋅前驅物溶膠熱重分析 24
3-4-2 低掠角 X-ray 繞射分析儀 24
3-4-3 冷場發掃描式電子顯微鏡(SEM) 25
3-4-4 拉曼光譜分析儀 26
3-4-5 薄膜紫外-可見光穿透率分析 26
3-4-6 光致螢光光譜儀分析 26
3-4-7 薄膜表面電阻之四點探針測量 27
3-4-8 腐蝕測試 27
3-4-9 光電化學分析 28
四、結果 29
4-1 溶膠凝膠旋塗膜之熱重分析 29
4-2 AZO、TZO、TAZO 薄膜結構和成分分析 29
4-2-1 XRD 分析 29
4-2-1-1 AZO 薄膜 29
4-2-1-2 TZO 薄膜 31
4-2-1-3 TAZO 薄膜 31
4-2-2 FE-SEM 分析 32
4-2-2-1 AZO 薄膜 32
4-2-2-2 TZO 薄膜 33
4-2-2-3 TAZO 薄膜 33
4-2-3 Raman 光譜分析 34
4-2-4光激發螢光分析 35
4-3 AZO、TZO、TAZO 薄膜性質分析 35
4-3-1 UV-Vis 透光性分析 35
4-3-1-1 AZO 薄膜 35
4-3-1-2 TZO 薄膜 36
4-3-1-3 TAZO 薄膜 36
4-3-2 薄膜能隙估算 37
4-3-2-1 AZO 薄膜 37
4-3-2-2 TZO 薄膜 38
4-3-2-3 TAZO 薄膜 38
4-3-3 薄膜電性量測 39
4-3-3-1 AZO 薄膜 39
4-3-3-2 TZO 薄膜 39
4-3-3-3 TAZO 薄膜 39
4-4 TAZO 薄膜腐蝕與光觸媒分析 40
4-4-1 TAZO 薄膜腐蝕分析 40
4-4-1-1 Tafel 極化法 40
4-4-1-2 交流阻抗頻譜分析 40
4-4-2光觸媒分析 41
五、討論 42
5-1溶膠凝膠法薄膜塗佈之熱處理溫度選定 42
5-1-1探討溶凝膠之熱分析(TGA)的影響 42
5-2 摻雜不同金屬元素對透明導電膜的影響 43
5-2-1薄膜結構與組成 43
5-2-2薄膜光性與電性分析 45
5-3鈦(0~1 at.%)、鋁(1 at.%)共摻雜(TAZO)薄膜討論 46
5-3-1薄膜結構與組成 46
5-3-2薄膜光學性質探討 49
5-3-3薄膜電化學實驗 50
六、結論 52
七、未來展望 53
參考文獻 54
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指導教授 林景崎(Jing-Chie Lin) 審核日期 2016-8-18
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