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以金屬氧化物復合材料為基礎之氫氣感測器

為了解決outlook 2019設定的問題，作者SHRISHA 這樣論述：

氫氣(H2)因其高度易燃性而被歸屬於有害氣體，當其於大氣下達4-7重量百分濃度時，即具有相當之危險性，存在爆燃的風險，且由於其無色無味，大大提升檢測管線洩漏之難度，也因此奠定了其感測器存在之必要性及重要性。近年來，金屬氧化物由於其優異的化學和物理性質被廣泛應用於此領域，如：ZnO、WO3、TiO2、SnO2、MoS2等。以金屬鎢為基材之複合材料被廣泛應用於感測器氣敏層相關研究中，因其對多種目標有毒氣體具高度之靈敏性。而三氧化鎢(WO3)應用於氫氣感測器之先例，因此本研究之第一部分將專注於還原氧化鎢(WO2.72)於此領域之應用的研究。以三氧化鎢為原材料，應用鍛燒法合成還原氧化鎢奈米粒子(WO

2.72)，並通過FE-SEM、XRD和Raman光譜進行樣品表徵確認。待合成完成，以旋塗方式完成感氣層於SiO2/Si晶圓之塗佈，並完成叉指式電極之沉積。經測試，WO2.72感測器於室溫條件下之感測能力為27%，且具備於500ppm濃度條件下長期穩定性及重複使用性。同時以電子耗盡層理論說明其機制。儘管銫鎢青銅(CsxWO3)已被廣泛應用於其他領域，但其並無作為氫氣感測器氣敏層材料之先例，因此本研究之第二部分延續對金屬鎢為基材之複合材料的研究，欲開發當前尚無相關研究之鎢青銅(MxWO3)於此領域之應用的研究，CsxWO3感測器之製程，以水熱法先行完成銫鎢青銅奈米棒的合成，並透過多項儀器鑑定其物

理性質以確保結構之型態，並以旋轉塗佈之技術將之形成薄層結構於SiO2/Si晶圓之上，完成感氣層製備，隨後完成橫向多指Pt電極，以利後續性能檢測測試。經測試於不同濃度之氫氣(10ppm至500ppm)，測試結果呈現，銫鎢青銅感測器於室溫下具優異的感測性能(31.3%)，並且優於WO3感測器(4.7%)。選擇性測試亦呈現優異結果，於氨氣及二氧化碳測試中僅有極低之響應。此材料具備可靠性、合成方法簡單、濕度影小及選擇性優異等優勢，大大提升其應用之可行性。且與WO3感測器相比，CsxWO3感測器具更為優異的表面吸附能力及更強的活性O2官能基電誘導能力，因而展現了增強的氣敏性。當前CsxWO3感氣層展現優

異的效能，成功證實MxWO3作為金屬氧化物氣體感應器之可行性。於第三部分研究中，成功以溶劑熱法合成新型CsxWO3/MoS2奈米複合材料，再次採用旋轉塗佈之技術，完成於SiO2/Si晶圓形成感氣薄層結構之操作，並以PVD技術沉積設計之叉指式電極完成感測器製備。經測試，CsxWO3/MoS2感測器可於室溫下展現優異的氫氣感測能力，尤其包含15wt.% MoS2 (15 % CsxWO3/MoS2)之奈米複合材料，其感測性能甚至可達51%。此外，因具有高度循環穩定性，更增添其於實際應用的優勢。於本篇之最後一項研究，預期導入先進技術，以Zirconium-based metallic glass n

anotube arrays為基材，於其上透過實驗參數設定，完成氧化鋅(ZnO)奈米棒之生長，並以此材料做為氫氣感氣層之應用。於具contact-hole陣列(孔徑為2 µm)之光阻劑形成之模板上濺鍍沉積metallic glass (Zr60Cu25Al10Ni5)以得異質Zirconium-based metallic glass nanotube arrays，並沉積ZnO種子層以提供成核位點以利於metallic glass nanotube arrays內部生長奈米棒狀結構，其後採水熱法完成ZnO奈米棒之生長，接著濺鍍Pt電極，以利後續性能檢測測試。經實驗證實，Fabricated

Zirconium-based metallic glass nanotube arrays with ZnO nanorods (Zr-ZnO-nanorods)具優異的氫氣傳感性能。