反應式濺鍍RuO2薄膜電化學特性研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	陳建螢
論文名稱：	反應式濺鍍RuO2薄膜電化學特性研究 Electrochemical properties of reactive sputtered ruthenium oxide thin films
指導教授：	甘炯耀
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 材料科學工程學系 Materials Science and Engineering
論文出版年：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	73
中文關鍵詞：	超級電容、反應式濺鍍、氧化釕、掃描速率、特性電容
外文關鍵詞：	Supercapacitor, reative sputter, ruthenium oxide, scan rate, specific capacitance
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超級電容(supercapacitor)由於具有尖峰放電及高功率放電能力，其在機電與電子系統中的應用日益受到重視。在各種超高電容的材料之中，二氧化釕是已知具有最佳電化學特性，也是最適合超級電容的一種材料。目前RuO2薄膜可以用電化學等方法鍍製，最近也有人利用射頻磁控濺鍍法(radio frequency sputter)鍍製，但其特性明顯不佳，特性電容只達到240F/g，而且各種電容特性的檢測也不完備。
在實驗上，我們調變不同的鍍膜時間以及基板溫度，並進行熱處理，然後利用X-ray繞射以及穿透式電子顯微鏡進行結晶結構檢測、利用掃描式電子顯微鏡進行表面形貌觀測以及薄膜厚度、利用X-ray光電子能譜分析進行化學鍵結檢測、以及利用循環伏安法(cyclic voltammogram)檢測其電化學電容特性。
根據這些結果，我們發現：(一)非晶態二氧化釕(α-RuO2)擁有最佳的電容特性，特性電容達457F/g，薄膜的厚度幾乎與電容量成正比，所以質子的交換可以涵蓋整個鍍膜深度。 (二)鍍膜時間拉長之後，會因為電漿加熱基板造成結晶的現象，可能會造成電容量下降。 (三)電容隨著掃描速率增加而下降，越厚的試片下降越快，300nm的試片在500mV/s的掃描速率下，電容為1mV/s時的50%。 (四)使用射頻磁控濺鍍法所製作的二氧化釕，經過500次的cycle後電容量為95%具有極佳的耐久度與穩定性。

第一章 前言及研究動機                                   1
第二章 文獻回顧                                         4
2-1 超級電容器簡介 ………………………………………………4
2-1-1 電雙層電容器 …………………………………………………5
2-1-2 假性電容器 ……………………………………………………5
2-2 常見金屬氧化物電極 ……………………………………………6
2-3 RuO2電極的製備方法 ……………………………………………8
2-4 成份分析 .………………………………………………………12
圖………………………………………………………………………13
第三章 研究方法及流程                                   28
3-1 試片準備 ………………………………………………………28
3-2 薄膜結構分析設備與方法 ……………………………………30
3-2-1 XRD …………………………………………………………30
3-2-2 SEM …………………………………………………………32
3-2-3 TEM …………………………………………………………32
3-2-4 XPS …………………………………………………………34
3-2-5 SIMS  ………………………………………………………34
3-3 電容特性的量測設備與方法 …………………………………34
圖 ……………………………………………………………………36
第四章 實驗結果與討論                                  41
4-1溫度對RuO2薄膜影響比較………………………………………41
4-1-1材料結構與表面形貌…………………………………………41
4-1-2循環伏安法測試CV電容值的比較……………………………43
4-1-3 RuO2薄膜成分以及縱深分析 ………………………………44
4-2 RuO2薄膜厚度的影響 …………………………………………45
4-2-1 鍍膜時間對基板結構的影響 ………………………………45
4-2-2 鍍膜厚度對CV電容值的影響 ………………………………47
4-2-3 試片厚度對掃描速率的影響 ………………………………49
4-3 耐久度(cycle-life)測試 ……………………………………50
4-4 綜合討論 ………………………………………………………51
圖 ……………………………………………………………………53
第五章 結論與未來發展                                  70
參考文獻                                               71

                                

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