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多項性生理訊號實現急性中風病患預後與嚴重度偵測

中風是造成死亡與失能的主要原因，心房顫動更是提高中風風險約五倍的危險因素，若能早期預測有心房顫動的中風病患的預後，對於他們的治療會是有幫助的。然而，目前的診斷設備，例如電腦斷層掃描與核磁共振，其缺點為昂貴、不可攜、可能導致副作用；若是根據無心房顫動的中風病患的預後方式採用多項性生理訊號如心電圖、動脈血壓、光體積描述訊號來早期預測中風病患的預後，會發現心電圖和光體積描述訊號並不是很準確，但是以動脈血壓作為量測方式的話，雖然較為準確但其缺點是侵入式量測，不易於每位病患上取得。 因此，本論文提出以多項性生理訊號，包括：光體積描述訊號和脈波傳遞時間來早期預測有心房顫動的中風病患的預後。透過多項性生理訊號分析架構，本論文預測心房顫動中風預後的準確率達到84.2%，該準確率較單一種生理訊號預測準確率佳，這意味著本論文提出的多項性生理訊號分析架構有潛力用於預測有心房顫動的中風病患的預後。 此外中風是一個動態的過程，他有可能隨著時間惡化，假如我們想要即時監控中風病患當下的嚴重程度變化，我們必須要有另外一個方法和指標來判斷它，目前醫療人員在判定中風病患的嚴重程度是透過例如語言、行動能力這些個體功能來評估中風的嚴重程度，但這些量表的數值在中風病人的個體功能產生劇烈的變化之前是無法反映出來的，所以我們提出以生理訊號來做進一步的分析。本論文提出基於多項性生理訊號的中風嚴重程度惡化偵測架構，其接收者操作特徵曲線的曲線下面積達到94.7%，這意味著本論文提出的多項性生理訊號的中風嚴重程度惡化偵測架構有潛力用於中風嚴重程度監控。

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基於模擬測試圖樣至程式轉換器應用於軟體自我測試

應用軟體自我測試(software-based self-test)提供了非侵入性、功能性以及全速測試的方案，對比於傳統結構性測試，應用軟體自我測試在電路的正常工作模式中，可測試性設計電路將可以被消除，所以並不會有額外面積花費。在應用軟體自我測試中最重要的部分是產生高品質的測試程式，測試程式是測試指令串的集合，處理器執行測試程式來實現自我測試。 在本論文中，我們提出一個基於模擬的測試程式產生方式。目標是偵測出在執行應用程式或測試程式時因為電路老化缺陷而造成的硬體錯誤，我們將模擬因電路老化效應而造成的轉態延遲錯誤(transition delay fault) 以偵測其造成的現象。

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動態隨機存取記憶體之電容特性分析及自旋轉移力矩式磁阻式隨機存取記憶體模型模擬

自從三星在2015年量產20nm DRAM產品後，DRAM的發展進入1X,1Y,1Z的時代，為了滿足微縮後的需求，如何在有限的面積裡維持足夠大的電容值防止讀取錯誤為DRAM微縮之主要問題，改變電容有效接觸面積或介電常數為主要解決方法，可用改變電容結構或改變材料來解決，然而高介電常數之材料勢必有較高漏電流，必須在滿足低漏電流情況下，尋求最高電容值之電容。另一方面近來，Spin-Transfer Torque Magnetic Radom Access Memory (STT-MRAM)已經成為下世代重要的非揮發性記憶體的，STT-MRAM是利用電流經Magnetic Tunneling Junction (MTJ)後形成自旋極化電流，能翻轉鐵磁薄膜中的電子磁矩造成電阻值改變作為存取資料的訊號，STT-MRAM有許多優點：非揮發特性、讀寫速度快、低能耗、高讀寫次數上限。 本論文第一部分研究以二氧化鋯為主之介電層作為DRAM電容，在原子層沉積過程中，在二氧化鋯介電層中成長一層氧化鋁形成二氧化鋯/氧化鋁/二氧化鋯薄膜，探討成長氧化鋁於二氧化鋯之位置對其介電層之電特性之影響，另外探討原子層沉積溫度變化對電特性之影響與氧化層可靠度分析，預測氧化層在DRAM正常操作下，電容壽命是否可達十年。另一部分，使用TCAD模擬分析氧化鋁在二氧化鋯中不同位置對漏電流之影響，並解釋不同位置的氧化鋁對非對稱電流之關係。 本論文第二部分以Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)公式為基礎，模擬電流流經垂直式MTJ(pMTJ)時，垂直式MTJ之磁矩隨時間變化導致高電阻阻態(HRS)與低電電阻阻態(LRS)的變化，此模型的準確性已與理論值進行驗證。另一方面利用其他文獻實驗參數進行模擬，依據Fokker-Planck理論，因熱擾動造成磁矩之初始角產生機率分布，使用Monte Carlo方法分析STT-MRAM之Write Error Rate(WER)可靠度分析，探討其參數對其影響並畫出Shmoo Plot分析在特定電流和時間內能夠達到WER標準值1E-6，並考慮製程所致垂直式MTJ之直徑與厚度誤差對可靠度之影響。

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非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體之材料分析、電性分析及可靠度測試

在本篇論文中，著重在非晶相銦鎵鋅氧化物材料的分析，與其作為通道材料的背通道蝕刻型薄膜電晶體的電特性分析和可靠度測試。為了萃取出通不同氧流量沉積的非晶相銦鎵鋅氧化物的能帶圖，利用Tauc方法得知非晶相銦鎵鋅氧化物的能隙大小，並使用X光能譜儀得到這些材料費米能階的位置，再來利用開爾文探針力顯微鏡取得其功函數。有了以上的資訊之後，便能夠建構出通不同氧流量沉積的非晶相銦鎵鋅氧化物的能帶圖。可以發現沒有氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物相較於有氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物，其導帶的能量低了 0.28 電子伏特，而這個差異提供了製作表現更優異的薄膜電晶體的線索，因為把有氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物當作阻擋層的話，電子能夠被限制在由沒氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物做成的通道中，進而減少通道與閘極氧化層間的庫倫散射和表面粗糙度散射而提升元件表現。 雙層與三層的非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體的場效遷移率(~17 cm2/V-s)大於單層的非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體(~10 cm2/V-s)，即是添加有氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物阻擋層的效果。而通道厚度也會影響元件表現，越薄的通道厚度會有更多的載子集中在上閘極氧化層與非晶相銦鎵鋅氧化物的界面。正偏壓溫度不穩定性實驗中則能發現到其不穩定性與在上閘極氧化層和非晶相銦鎵鋅氧化物界面處的電子濃度息息相關。 在熱載子應力下，可以發現到陷阱中載子的不對稱分佈，造成在正向量測與反向量測下轉移電特性的不同。不同氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體也發現到在熱載子應力下，有不同的不穩定特性，而只有有氧流量的非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體在特定的熱載子應力下能觀察到轉移電特性中的扭結出現；扭結的形成原因為邊緣電晶體所貢獻的寄生通道在受到熱載子應力後被顯露了出來。最後，藉由不同組成比例的非晶相銦鎵鋅氧化物，提供了新的通道組合的可能性，期望進一步提升元件表現。

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利用參數修剪與量化技術以精簡語音除噪之深度學習模型

近年來，由於深度學習的興起，許多應用於語音除噪的相關研究，不斷地被提出來；然而，一個符合現實環境，合適的深度學習之語音除噪方法，需要取得在除躁表現與運算成本間的平衡。在此，我們提出參數之減化與量化的方法，減化能移除掉深度學習神經網絡中，不必要的頻道；量化則是利用參數間的分群，有效縮小整體架構的尺寸。由於上述兩種方法作用在不同的原理中，故可同時應用於合適的語音除噪神經網絡中，來得到更精簡的架構。當同時運用參數減化與量化時，從實驗數據，可以將現有網絡大小縮小為原架構的 10.03%，與原架構相比，對於PESQ跟STOI，僅有1.43%及3.24%的下降。因此，在有限運算資源的裝置中，參數之減化與量化能被有效的利用在語音除噪系統中。

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一個0.052 mm^2 2.8至4.2 GHz子取樣環形振盪器的鎖相迴路採用雜訊抑制技術

近年來由於通訊系統速度越來越快速且智慧型手機、平板電腦、穿戴式設備等便攜式產品的快速普及與朝向輕薄短小的情況下，造成市場對低成本、低功耗、小面積的積體電路需求日以劇增。現今產品大多使用先進製程來提高速度與減少面積，但也造成成本大大的增加。鎖相迴路也廣泛的應用在混和訊號模組化電路與通訊系統中，因此設計者如何在電路性能與成本考量做個取決是目前主要的課題。 由於傳統鎖相迴路的相位雜訊受到除頻器的除數影響，因此採用次取樣的方式，分成鎖頻率的迴路、鎖相位的迴路，來減少輸出相位雜訊。除此之外加入延遲鎖定迴路，降低輸出訊號的參考突波。在鎖相迴路中的壓控振盪器，主要分為電感電容振盪器與環形振盪器兩種，我們引用了電流式邏輯環形振盪器來實現小面積與較廣操作頻率。不僅如此電流式邏輯環形振盪器也較其他壓控振盪器穩定。 在本篇論文中使用台積電180奈米標準互補式金屬氧化半導體1P6M製程製造與量測，晶片主動區域面積為0.052〖mm〗^2，包含I/O PAD面積為0.6519〖mm〗^2。本晶片使用1.8伏特做為電源供應電壓。在除數為40下輸入頻率為92.5MHz輸出頻率為3.7GHz，參考突波為-53.80dBc。此鎖相迴路達到在1MHz偏移頻率下-109.95dBc/Hz之相位雜訊。RMS Jitter為1.1ps (1KHz-30MHz) 。此鎖相迴路的雙端輸出振幅達到300mV，總功率消耗為7.2mW。

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具適應性驅動電壓與低功耗控制技術之小面積高效率RGB-LED驅動器

本篇論文提出一個小面積高效率且具有適應性驅動電壓與低功耗控制技術之RGB-LED驅動器。為了要獲得適當的驅動電壓，我們提出了適應性驅動電壓及低功耗控制電路，此電路主要是透過追蹤升壓型轉換器之參考電壓進一步獲得較為適當的驅動電壓。因此，我們可藉由降低線性電流調整電路的損耗使得整體系統的效率獲得提升，實現低功耗與高效率的設計目標。除此之外，我們也提出了切換式線性電流調節電路，藉由元件共用的概念以減少晶片使用面積，與傳統的線性調節電路相比，約可減少10%的面積，實現小面積的設計目標。本篇論文之晶片係採用TSMC 0.35 µm 2P4M CMOS製程實現，晶片有效面積約為0.3 mm2，最大驅動電流以及操作頻率分別為200 mA與100 kHz。經由實驗結果可得知本篇論文所提出的具適應性驅動電壓與低功耗控制技術之RGB-LED驅動器，相較於傳統固定驅動電壓之LED驅動電路，功率損耗可減少約58%。

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低功耗高解析度資料轉換器之設計

隨著物聯網的興起，智慧家庭、醫療、通訊與訊號相關的應用都需要資料轉換器，不同應用需要配合不同的架構，本論文提出兩個可應用於醫療、可攜式裝置系統之資料轉換器，低功耗為我們考量的最大因素，並透過聯電0.18微米製程來實現。第一個提出的逐漸趨近式類比至數位轉換器，透過複合的技術，加入一個解析度較粗略的類比至數位轉換器來完成前5個位元的運算，再透過偵測及省略演算法計算判定切換或省略切換較精準的類比至數位轉換器得電容陣列，來達到節省切換電容所造成的功率消耗。此類比至數位轉換器在1伏特的供應電壓，操作在20萬赫茲的頻率之下，其量測的結果達到10.828有效位元數，消耗的功率為6.57微瓦，其品質因數為17.8fJ/conversion-step，此晶片有效面積為0.35mm2。第二個提出的是循環式數位至類比轉換器，主要透過互補式的切換電容技術，來提高整體電路對電容本身製程上的誤差及其環境誤差所造成影響的容忍度，再搭配動態放大器的應用，來降低功率消耗。其量測結果為積分非線性及微分非線性達到3.3最低有效位及2.9最低有效位，並在3.67微瓦的功率消耗下達成。

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矩形黑磷薄膜電晶體其光電特性的各向異性

黑磷為一種具有高電洞遷移率以及直接能隙(= 0.33eV) 的二維材料。影響其載子遷移率的因素包括了黑磷薄膜的厚度、contact金屬的選擇以及載子移動的方向。因此必須同時考慮這三個因素，才有辦法達到黑磷薄膜電晶體的高電洞遷移率。 本論文首先對黑磷的基本性質做了材料分析。透過光學顯微鏡以及原子力顯微鏡的搭配可以粗略的判斷黑磷薄片的厚度，拉曼光譜儀則能夠用來辨認黑磷薄片的晶體方向。X射線與極紫外線光電子能譜儀則可用來確認黑磷與金鍺合金元素組成、能隙與功函數。透過挑選適當的厚度、使用金鍺合金來達成歐姆接觸、以及製作長方形黑磷來迅速判斷黑磷晶格方向，成功製造出擁有良好元件特性的背電極黑磷薄膜電晶體，其元件表現出接近300cm2/V*s的場效電洞遷移率和高達3個數量級的電流開關比。同時也製作了黑磷-二硫化鎢的異質接面整流二極體與透過厚度控制達成的黑磷同質接面整流二極體，兩者接近2的理想因子顯示其電流主要為復合電流主控。兩者良好的光響應則展現了具有直接能隙的黑磷在光電應用上的潛力。

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鍺錫P型無接面堆疊環繞式閘極場效電晶體之光響應與光學相位陣列光達

半導體科技產業的發展趨勢一向依循著摩爾定律，透過縮小元件尺寸以製作更高效能的場效電晶體。為克服尺寸微縮困境，環繞式閘極場效電晶體（gate-all-around FET）相較於鰭式場效電晶體（FinFET）可提供更佳的元件閘極控制力，能有效抑制短通道效應且降低功耗。而堆疊環繞式場效閘極電晶體則可在單位面積下，同時達到低功耗且提高元件電特性效能，以滿足未來次五奈米世代技術節點之需求。 鍺錫合金因錫濃度增加且磊晶層具有雙軸壓縮應變，因此電洞等效質量較純鍺小，可提高電洞載子遷移率，提升P型通道場效電晶體元件的元件性能。此外，錫濃度增加至6~10%可將Γ能帶下移，使其從間接能隙材料變為直接能隙材料，可廣泛應用於光學元件，其波長也可延伸至短波紅外線及中紅外線。有別於現有製作短波長紅外線光偵測器的材料（如：InGaAs），鍺錫P型通道堆疊環繞式閘極場效電晶體較易整合於CMOS製程中。 先進駕駛輔助系統（Advanced Driver Assistance Systems；ADAS）是近年來各車廠積極發展的智慧車輛技術之一，藉由不同主動安全系統預先警告駕駛，防止交通意外發生。自動駕駛在現有的可見光照相機、微波雷達、超聲波等感測器外，還必須加入光達（LiDAR）才能達到level 3以上的自動駕駛等級。傳統的機械式光達因手動對準發光與收光裝置，在成本上居高不下，且因使用機械旋轉裝置來改變光束方向進而降低其可靠度，因此，幾乎無可動元件（如：微機電光達）或完全無可動元件（如：光學相位陣列光達）的固態光達，相較於傳統光達更能提高產品可靠度，降低成本、尺寸及功耗，其中以完全無可動元件之光學相位陣列光達，最有可能成為未來光達發展趨勢。 在本論文中，量測鍺錫P型無接面堆疊環繞式閘極場效電晶體之IV曲線時，我們藉由照射波長1550與2000奈米的短波紅外線光得到其光響應，用以萃取該元件照光前後的閾值電壓變化以及光電流效應，由於只有鍺錫材料可以吸收2000奈米的光，因此可以藉照射此波長光產生之閾值電壓變化判斷鍺錫通道是否存在，寄生鍺矽通道則在照射1550奈米光時，因眾多缺陷造成漏電而提供大量光電流。此實驗目的是取代傳統穿透式電子顯微鏡之破壞式分析，提供快速、便利、非破壞式之元件結構光學檢驗方式，最後，藉由時域有限差分法模擬元件之光吸收和光生成（Optical Generation），計算電子生命期。 論文第二部分則探討光學相位陣列光達，為了使光學相位陣列光達於遠場干涉成一有限尺寸之光點，並藉由調變相位進行橫向掃描，我們利用時域有限差分法模擬入光光柵耦合器的蝕刻深度、光柵周期等參數以提高光耦合效率，並透過光束傳播法模擬多模干涉分光器之幾何結構以降低分光損耗，並模擬基於等離子色散效應之相位調變器，調整幾何結構與摻雜濃度減低光強度耗損，及於相同電壓變化下增加相位的變化，並藉由改變電壓來控制相位以改變光束發射角度，最後，利用時域有限差分法模擬配合MATLAB程式計算多通道的出光光柵耦合器之通道數量、光柵間距等參數對遠場圖樣的變化。