Abstract
自90年代奈米碳管發現以降，科學家致力於開發可控制奈米結構尺寸、成分與特性之方法，以應用於奈米元件，模板法具有便宜簡單等特色，而逐漸被應用於奈米結構製作，因此本研究以聚苯乙烯(PS)奈米球、八羥奎林鎵鹽奈米線(GaQ3 NWs)及陽極氧化鋁(AAO)等模板，利用溶液法與原子層沉積技術(ALD)製作奈米結構，並探討其特性。 首先，我們將含鎳或鐵有機溶液填滿PS奈米球間隙，再以350oC加熱去除PS，使溶液轉化成奈米蜂窩結構(nanohoneycomb)，並探討場發射特性。發現隨著含鎳有機溶液濃度增加，氧化鎳奈米蜂窩結構針尖高度變高，使場增強因子(field enhancement factor)上升。另本研究亦利用濺鍍方式將金或銀沉積於蜂窩結構中，在1000oC加熱薄膜使其再結晶進而形成奈米顆粒陣列，我們亦發現金奈米顆粒尺寸會隨著奈米球大小與濺鍍時間而變化。 我們亦利用相同方式製備氧化鈦奈米蜂窩結構，探討含鈦有機溶液表面能如何影響氧化鈦奈米蜂窩結構形貌，並量測氧化鈦奈米蜂窩結構光吸收特性；發現氧化鈦蜂窩結構能隙產生藍移現象，可能為奈米化造成量子侷限效應所致。另外，亦利用氧化鈦奈米顆粒溶液填充PS奈米球，但發現無法形成完美奈米蜂窩結構，在高溫下退火反使氧化鈦與矽基板形成矽化鈦(Ti5Si3)，而在1000oC氧化鈦奈米線會自氧化矽基地(matrix)中析出，穿透光譜結果顯示氧化鈦奈米線亦具有能隙藍移現象，並提升光觸媒特性。 AAO模板可被用來製作氧化鈦奈米管，藉由ALD可將氧化鈦均勻地成長於AAO孔洞內表面，再以氫氧化鈉移除氧化鋁基材即可得到氧化鈦奈米管，另外輔以溶液法可將銀奈米顆粒沉積於氧化鈦奈米管上。由於銀奈米顆粒可有效地捕捉電子，降低電子電洞對再結合速率，而提升氧化鈦奈米管光觸媒特性。其次，我們成功地利用GaQ3 奈米線作為模板製作氧化鋁奈米管，並藉由調整ALD循環次數控制氧化鋁奈米管壁厚，從光致發光(Photoluminescence, PL)分析得知，氧化鋁可有效地保護GaQ3 奈米線避免環境中如水與氧等氣氛破壞。 我們更進一步嘗試將ALD一層層堆疊之概念引入摻雜型奈米管製作。在GaQ3 奈米線模板上重複氧化鋅與氧化鋁ALD製程，成長鋁摻雜氧化鋅(AZO)之奈米管，藉由控制二種ALD反應循環次數比例來調整AZO奈米管中鋁含量。在ALD成長初期，氧化鋅只會在GaQ3 奈米線模板上形成奈米顆粒，而無法完全覆蓋GaQ3 奈米線，增加氧化鋁ALD反應後會提昇成核效率，形成平滑而清楚的AZO奈米管，但卻使得AZO奈米管結晶性變差，應係非晶質氧化鋁阻斷氧化鋅晶粒成長所致。而PL分析也顯示，我們可以藉由ALD循環次數與鋁含量分別控制ZnO與AZO奈米管之光致發光波長。