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研究生： 黃孟谷
論文名稱： 藉微波電漿輔助化學氣相沉積系統探究奈米碳管
The Research of Carbon nanotubes by MPECVD
指導教授： 張一熙
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： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 中文
論文頁數： 74
中文關鍵詞： 奈米碳管
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    • 由於奈米碳管的結構以及良好的電性、機械性質、化學性質，所以在許多領域引起廣泛的興趣。其中在電性方面，因為不同的螺旋性、結晶性及半徑，奈米碳管可能呈現半導性質或金屬性質。在製作元件的考量上，我們必須能夠精確控制其性質，但是要由螺旋性及半徑來控制碳管的性質是非常困難的。
    本實驗是以微波電漿輔助化學氣相沉積系統(MPECVD)成長奈米碳管，首先在矽基板上面鍍上一層厚度約20nm的鐵作為觸媒，以利於碳管的生長，再將矽基板置入微波電漿輔助化學氣相沉積系統中，第一階段先通入氫氣以活化觸媒，第二階段在通入甲烷及氫氣，以適當的條件下成長出奈米碳管。碳管的合成採用不同的時間，以利於判斷其有何差異，並加以探討碳管的成長機制。第三階段則通入氮氣產生氮電漿，使氮參雜入奈米碳管內，並觀察其差異。
    最後再以掃描式電子顯微鏡和穿透式電子顯微鏡觀察碳管的外表形貌、直徑及其長度，使用Raman光譜鑑定是否為碳成分及含碳成分的多寡，進而使用高斯剖面圖(Gaussian profile)求得Id跟Ig的比值以判斷碳管的石墨化程度。最後再以X光光電子能譜術來判斷氮是否有參雜入奈米碳管內，並分析奈米碳管內碳的鍵結狀況。

    摘要---------------------------------------------------------------------------------1 致謝---------------------------------------------------------------------------------2 第一章、 緒論---------------------------------------------------------------------7 1.1、 奈米材料的簡介----------------------------------------------------------7 1.1.1、奈米材料的尺寸及效應------------------------------------------------7 1.1.2、奈米材料的種類---------------------------------------------------------9 1.1.3、奈米材料特殊的各項性質---------------------------------------------9 1.2、奈米科技的挑戰-----------------------------------------------------------11 1.3、奈米材料的製備方法-----------------------------------------------------13 1.3.1、物理方法------------------------------------------------------------------13 1.3.2、化學方法------------------------------------------------------------------13 1.4、奈米材料並非百利而無害 ----------------------------------------------15 參考資料--------------------------------------------------------------------------16 第二章、奈米碳管的概述------------------------------------------------------19 2.1、序論--------------------------------------------------------------------------19 2.2、奈米碳管的結構-----------------------------------------------------------20 2.3、奈米碳管的導電性--------------------------------------------------------22 2.4、奈米碳管成長的方法-----------------------------------------------------22 2.4.1電弧放電法----------------------------------------------------------------23 2.4.2、雷射蒸發法--------------------------------------------------------------25 2.4.3、觸媒式化學氣相沈積法------------------------------------------------27 2.5、奈米碳管的應用-----------------------------------------------------------27 2.5.1、場發射平面顯示器------------------------------------------------------27 2.5.2、能量儲存方面應用------------------------------------------------------33 2.5.3、原子力顯微鏡(atomic force microscope, AFM)的應用-----------34 參考資料--------------------------------------------------------------------------36 第三章、實驗方法與實驗儀器------------------------------------------------42 3.1、實驗方法--------------------------------------------------------------------42 3.1.1、微波電漿輔助化學氣相沉積系統------------------------------------42 3.1.2、製備觸媒薄膜------------------------------------------------------------44 3.1.3、奈米碳管的成長---------------------------------------------------------44 3.1.4、參雜元素至奈米碳管內------------------------------------------------45 3.1.5、實驗流程圖---------------------------------------------------------------46 3.2、實驗儀器介紹--------------------------------------------------------------47 3.2.1、掃描式電子顯微鏡------------------------------------------------------47 3.2.2、穿透式電子顯微鏡------------------------------------------------------47 3.2.3、拉曼光譜儀---------------------------------------------------------------48 3.2.4、X 光光電子能譜術 (XPS，X-ray photoelectron spectroscopy)--48 第四章、結果與討論------------------------------------------------------------49 4.1、SEM影像--------------------------------------------------------------------49 4.1.1、觸媒經氫電漿活化過後的SEM影像-------------------------------49 4.1.2、奈米碳管的SEM影像-------------------------------------------------52 4.1.3、參雜氮原子的奈米碳管的SEM影像--------------------------------54 4.2、TEM影像-------------------------------------------------------------------56 4.3、拉曼光譜鑑識--------------------------------------------------------------60 4.3.1、多壁奈米碳管的拉曼光譜鑑識---------------------------------------60 4.3.2、參雜氮的多壁奈米碳管的拉曼光譜鑑識---------------------------66 4.4、X 光光電子能譜術--------------------------------------------------------68 4.4.1、多壁奈米碳管的X光光電子能譜-----------------------------------68 4.4.2、參雜氮的多壁奈米碳管的X光光電子能譜------------------------70 4.5、多壁奈米碳管的成長機制圖--------------------------------------------73 第五章、總結---------------------------------------------------------------------74

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