奈米WO3二極體之NH3冷媒感測研究

Abstract

實驗發現，基於WO3－IrO2 薄膜結構的二極體，可以在未外加電解質的環境 下正常工作，其整流特性和有電解質的元件比較，並不遜色。最近，實驗進一步 發現，在低溫環境中（至-150oC）將微量NH3 氣體（~82 ppm）注入背景空氣 中，該元件在正、反向偏壓下皆會有「低溫氣敏電性反應」產生，電流會呈現大 幅度的變動。當IrO2 側被絕緣epoxy 覆蓋後，這種「氣敏電性反應」也會照常的 發生，可見主要是WO3 之作用。首先，本計畫為符合當下「金屬氧化物」感測元 件研究水準，擬以「反應性氣體沈積法」（reactive gas deposition），對WO3 薄 膜進行奈米結晶化研究，並製作nc-WO3－IrO2 二極體（nc = nano-crystalline）， 以提昇其低溫NH3 氣體感度（至1 ppm 程度）和達到強化其他性能的目地。另 外，本計畫擬以系統性更動製程的方式（鍍膜時間、反應性氣體沈積條件等）， 觀察nc-WO3 之厚度、結構、顆粒大小等變動，會與低溫NH3「氣敏反應」產生 何種關連性，並據以強化nc-WO3－IrO2 薄膜的氣體感度（gas sensitivity）。另 外，本計畫擬製作一批「最佳化」nc-WO3－IrO2 低溫NH3「氣敏二極體」，研究 其IV 電性， 包括氣體感度（ gas sensitivity） 、操作溫度區間（ operating temperature）、濃度嚮應（dynamic range）、反應速度（switching time）、選擇 性（ selectivity） 、電雜訊特性（ noise）、可逆性（ reversibility） 、再現性 （reproducibility）、可靠性（reliability）、耐用性（durability）、和耗電性 （power consumption）等IV 特性。