學位論文

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Subject: search.filters.subject.Femtosecond laser

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    飛秒雷射製作可撓性聚醯亞胺異質結構元件於氣體檢測之研究
    (2022) 葉力維; Yeh, Li-Wei
    本研究是利用超快飛秒雷射(Ultrafast femtosecond laser)之超短脈衝(Ultrashortpulses)的特性，在聚醯亞胺(Polyimide, PI)薄膜基材，製作指叉狀電極結構(Interdigitated electrode structures)元件於氣體檢測(Gas detection)，該超快雷射製程具較小熱影響區(Heat-affected zone)，以能進行可撓性基材之結構製作。為增加此元件感測之靈敏度，本研究亦利用水熱法製成氧化鋅(Zinc oxide)奈米線結構(Nanowires)，在飛秒雷射製程製作之石墨烯PI電極元件上，以成型新穎複合結構元件於氣體檢測，以增加感測響應值。本研究顯示該可撓性元件可避免受力而導致斷裂、破壞的現象，且當彎曲曲率半徑小於6 mm響應值仍屬穩定(誤差值±3%)。元件設計的微型加熱器方面顯示，在一氧化碳(Carbon monoxide, CO)氣體從室溫到85.6°C可縮短恢復時間為86.2sec；甲烷(Methane, CH4)氣體則從室溫到約86.8°C可縮短恢復時間為117.2 sec。因此，在氣體感測元件方面顯示，一氧化碳和甲烷氣體檢測於200濃度200 ppm，其元件在甲烷與一氧化碳氣之電性響應值會分別為20.7 %和120.8 %。藉此，本研究證明氧化鋅/石墨烯可撓性微性加熱元件於一氧化碳和甲烷氣體濃度具有良好的恢復性，分別在1000 sec和1600 sec可恢復至初始電阻值，且該元件靈敏度則在加熱升溫環境會別為0.6728與0.0434為最佳。透過此研究，將可提供飛秒雷射製程於氣體檢測元件之應用參考。 關鍵詞: 飛秒雷射、可撓性元件、石墨烯、奈米線、氣體檢測
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    選擇性飛秒雷射結構技術於碳化矽基材之氣體檢測元件研究
    (2022) 陳家鏵; Chen, Chia-Hua
    本研究旨是利用選擇性超快飛秒雷射製程技術(Selective femtosecond laser structuring technology)，其超短脈衝之非線性吸收及極低的熱影響區(Heat-affected zone, HAZ)加工特性，在碳化矽(Silicon carbide, SiC)基材進行多尺度複合結構之探討及氣體檢測元件開發。首先，本研究採用飛秒脈衝雷射於碳化矽表面進行製程，在剝離閥值(Threshold)為1.51 J/cm2，探討多發脈衝行為所產生之孵化效應(Incubation effect)，其孵化係數為S=0.8667±0.035。同時，本研究使用不同能量密度進行雷射誘導週期性表面結構(Laser induced periodic surface structures, LIPSS)，該結果顯示隨著能量密度提高，奈米波紋狀結構逐漸亂序排列；隨後以拉曼光譜量測不同能量密度對材料所產生之特性變化，當載流子密度(Carrier density)隨能量密度上升而增加時，所量測到的特徵峰向更高波數側移動且峰形變寬、峰值強度降低，表明分子的化學鍵長度與結構分佈發生變化。進一步，本研究描述了雷射誘導的載流子失衡行為，利用福克-普朗克方程式(Fokker–Planck equation)修改的時間相依雙溫模型(Two-temperature model, TTM)，分析雷射剝離行為、電子溫度、晶格溫度與載子密度的暫態變化。在氣體檢測元件製備方面，本研究會利用選擇性飛秒雷射製作石墨烯(Graphene) SiC基材之加熱元件，在高溫度為132.9 °C，進行該複合檢測元件應用於一氧化氮(Nitric oxide, NO)檢測，其氣體響應值(Response)於50 ppm與300 ppm分別為6.5 %與19.2 %。最後，本研究利用石墨烯電極結構摻雜二硫化鉬(MoS2)之二維材料，使其產生高比表面積，提供更高的吸附能力進而提升檢測元件性能，相較於室溫環境下之檢測，顯示提升2.08倍的靈敏度(Sensitivity)，完成飛秒雷射技術於碳化矽基材之氣體檢測應用研究。關鍵詞：飛秒雷射、碳化矽、週期性表面結構、石墨烯微熱元件、二硫化鉬、氣體偵測