臺北科技大學機電整合研究所學位論文
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因市面上張力器多數是以類比電路，控制繞線時的張力，這種方式雖可達到控制繞線張力的目的，但由於是應用運算放大器等硬體電路設計成的，每一台張力器於換線圈型號、線材時皆要重新調整，且每一台的調整結果不易相同，造成產品品質不一，更無法以電腦連線來自動調整及監控，且不具備有即時顯示張力值之功能。 有鑒於此，本研究運用串列埠作為通訊的協定，以個人電腦模擬當繞線機主電腦，利用RS-232及RS-485做為通訊介面，整合了張力器、步進馬達、自行開發的控制電路、小型液晶螢幕(LCD)，建構一套低成本但多功能的數位式張力器。其中，張力器之控制係以單晶片W78E516B微控制器為主要核心，搭配自行發展的周邊電路及韌體，以做設定及馬達之正轉、反轉及起止等控制。另個人電腦(模擬繞線機主電腦)除做為串列埠主機端外，依據不同系統功能，它也可用來執行系統的主要程式。 最後，將上述各單元建構完成及整合後，建構出一套全新的數位張力器，我們設計了兩個系統，一、單機版數位式張力器，它們不僅有初使化的能力，並且擁有即時顯示張力值的功能，這部份在實際與繞線機結合上機後已證實能達到預期之目標。二、連線版數位式張力器，與一不同處，在於透過個人電腦(繞線機主電腦)對數位式張力器下達控制、存取、初始化等功用，此部分亦已達到預期目標，而將數位式張力器產品化的後續研究，則待未來學弟來進行。
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近年來機器人技術的迅速發展，機器人研發成果逐步落實到產業與生活需求面。其中，仿生機器人仿造了各種生物的優點，並應用於人類科技的創造與改進。本實驗仿照蚯蚓的運動方式，利用形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡稱SMA)作為致動器，可應用於狹窄空間的移動勘察。 目前大部分的致動器皆以電磁原理之電磁馬達搭配複雜的機構作為致動基礎，其運作時有噪音，且易受電磁干擾等缺點。形狀記憶合金除了無以上缺點外，還具有體積小、重量輕等特點，因此本實驗選用形狀記憶合金作為致動器。但線型的形狀記憶合金變形量很小，為了改善此缺點，本實驗將形狀記憶合金記憶呈螺旋狀，再利用機構設計分別在X軸與垂直之Y軸各裝上兩條形狀記憶合金輪流驅動做往復運動，來增加一個週期可前進的行程。此外，在頭部我們亦加裝兩條形狀記憶合金作左右彎之驅動。控制訊號。再由介面卡送出脈波後，經由驅動電路把訊號放大，使得形狀記憶合金收縮達到驅動效果。
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近年來，由於非融合手術蓬勃發展，棘突間植入物常被用來治療腰椎狹窄症，其主要功能為回復神經孔尺寸以及提供腰椎後彎穩定度。但是其相關禁忌症尚未明確，且針對各類型之棘突間植入物對腰椎生物力學的影響，尚未被充分研究。因此，本研究將結合體外實驗與有限元素分析，探討不同設計之棘突間植入物之生物力學機轉與響應。 體外實驗，將豬腰椎(L1-L6)試片分作三組(正常組、移除小面關節之缺陷組以及植入棘突間植入物組)，並給予10Nm模擬後彎負載。探討之棘突間植入物包括:Coflex、X-STOP、Wallis以及DIAM，並評估椎節活動度以及椎間盤壓力。有限元素分析部分，利用電腦斷層掃描影像建構人體完整腰椎之有限元素模型(L1-S1)，並施予腰椎7.5Nm之彎曲負載以及自重，模擬前屈、後彎、側彎以及扭轉等動作，隨後進行缺陷組以及植入棘突間植入物組之模擬，並評估各植體稱開神經孔之效果、椎節活動度、椎間盤應力以及可能造成棘突骨折的風險。 體外實驗結果顯示，後彎負載下移除小面關節組使手術節活動度增加35%，而植入各植體後均表現相似之效果，皆能夠提升椎節之穩定度，並提供降低椎間盤壓力之能力。分析結果發現，各植體於後彎負載下，皆能夠回復病徵節之神經孔與椎孔尺寸，而穩定手術椎節活動度之能力，最低與最高為Coflex(67%)與Wallis(82%)，同時降低椎間盤應力之能力最低與最高為Coflex(69%)與Wallis(80%)。另外，於前屈及扭轉負載下，具有束帶的植體-Wallis以及DIAM，則另提供椎節些微之穩定度。除此之外，植入各植體於後彎負載下所造成鄰近棘突之負載，尚無造成術後棘突骨折之風險。 實驗與有限元素分析結果顯示，各植體對腰椎生物力學之影響有共同之趨勢：於後彎負載下，提供椎節良好穩定度以及分散椎間盤壓力。
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一般的影像系統都是建立在高運算執行速度的電腦平台上，然因成本、耗電量特性及體積上的侷限，本論文採用高速嵌入式DSP處理器開發智慧型車輛影像辨識系統。本文所開發的影像系統功能分為道路標線辨識、前車辨識及盲點車輛辨識，這些資訊在智慧型車輛系統中可以輔助駕駛做出行車安全的判斷，例如車道偏離警示、前車碰撞警示、輔助變換車道、前車跟隨及主動式巡航等。本文使用的嵌入式平台搭配所開發的演算法可以達到每一個畫面運算處理僅需25ms左右的處理時間，足以即時(real-time)辨識車道線位置以及前車特徵和盲點區域車輛辨識，完成一個可實際應用於智慧型車輛之嵌入式影像系統。
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碳元素以不同的型態廣泛存在地球上，其中類鑽碳具有可藉由改變其sp2與sp3鍵結比例的不同而改變其材料特性優點，因此可利用改變製程參數來沈積不同折射率的類鑽碳膜，藉此達到漸變折射的效果。實驗中利用微波電漿束化學氣相沈積(Microwave Plasma Jet Chemical Vapor Deposition，MPJCVD)系統沈積類鑽碳薄膜於石英基板上，並對其進行結構與光學特性的檢測。 本研究主要有兩個重點，一是利用ANSYS中Workbench模擬軟體模擬腔體內和試片上壓力分佈的情形，一是藉由調整製程參數中甲烷比例和製程壓力來改變類鑽碳膜的性質，最後以連續改變腔體內壓力的方式沈積漸變折射的類鑽碳膜。 從模擬結果可看出，當在天線附近新增一套筒時，可使天線上端壓力降低，且試片上壓力可比原始結構提升約3到4 torr，另外也發現Meter2和Meter3位置的壓力計，其壓力值會較接近試片上方的壓力。 由實驗結果可知甲烷比率的提昇會增加膜層中sp2鍵結的數量，但是其晶粒尺寸會較小；工作氣壓的提昇也會影響sp2鍵結數量，但結果較不如改變甲烷比率來的明顯。最後使工作壓力在實驗中連續改變，沈積具有漸變折射的多層膜，並且從光學的量測中看出漸變折射對於提昇穿透率的效用。
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本研究的主題是「溶劑型漿料光成型法之鋪層系統開發」，主要因為溶劑型漿料只要一經鋪層，就無法回收，而且溶劑型的漿料在使用前也必須置於密閉空間內，否則溶劑揮發喪失流動性便無法鋪層，為了以更經濟的方式供料鋪層，減少漿料的浪費，以及基於環境之限制，因此便有特殊的鋪層系統開發之需求。 溶劑型漿料調製部分是使用0.5μm極細球型粉末的氧化鋁粉，混合甲醇、光硬化樹脂與UV樹脂，經過球磨24小時候取出漿料。在溶劑型漿料之鋪層上，為了實驗的需求，首先建構簡易的實驗用鋪層平台，並以一次供給一層漿料為設計理念，開發了壓差式與下推式兩種供料系統進行測試。經過簡單的鋪層後，結合動態光罩技術投影光罩，成功的製作出簡易試片，表示用溶劑型漿料光成型法成型是可行的。 最後把材料及鋪層系統整合到本研究室李耿芳所建構的快速原型機台來製作實驗用試片，經過燒結後發現其體積收縮率為45.3%，緻密度97.2%，硬度為137.98MPa，強度沒有預期的高，研判主要是因為漿料的調配上還不到最佳化的比例，未來可以在漿料的配方上尋求更好的比例。
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SiGe源/汲極（SiGe source/drain）應變技術，是將MOSFET源極與汲極的矽蝕刻某一深度之後，再重填矽鍺原子。它利用矽與鍺原子的晶格常數不匹配，造成通道內的矽原子受擠壓產生應力，提升載子遷移率，來增強電晶體的效能。 有文獻探討過單軸矽鍺源/汲極對不同閘極長度電晶體性能的影響，但探討同時使用雙軸應變及薄Si-Cap厚度（9、24、39 Å）的並不多。因此在本篇論文中，我們研究含有雙軸應變以及單軸矽鍺源/汲極在不同的薄Si-Cap厚度之下，對於不同閘極長度的電晶體性能影響，並分析Si-Cap太薄產生的問題。另外，因為使用應變矽技術，使得傳統MOSFET的原理與模型（BSIM model，channel-resistance method）變得難以適用，論文中也提出解釋。 經由本研究發現，隨著Si-Cap厚度愈薄，長通道電晶體性能愈提升，這是由於載子走矽鍺通道的比例較大以及雙軸應變的緣故；短通道時，Si-Cap受到SiGe源/汲極擠壓的應力相對變大，使得Si-Cap與介電層之間產生大量缺陷，尤其在Si-Cap=9 Å時，造成電晶體性能反而降低；漏電流也是隨著Si-Cap厚度減少而增加。因此建議Si-Cap的厚度至少要大於24 Å才行。 本研究也探討在線性區以及飽和區的載子遷移率。大多數研究探討遷移率都是利用電導（transconductance）方式求出，然而元件實際運作卻是在電場較高的飽和區，因此探討載子遷移率的提升必須從飽和區著手。由實驗發現，與控制樣本比較，應變矽pMOSFET飽和區的遷移率增加約只有線性區最大轉導所求之遷移率增加的一半，顯示有飽和速度或其他效應的限制。
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隨著半導體科技的進步，製造技術也由微米進入奈米時代，然而尺度不斷的縮小，檢測技術相對的也愈來愈重要，探針設備及探針的製作亦成為重點發展方向，奈米碳管是眾多奈米科技中最熱門且最具有前瞻性的材料之一，奈米碳管在探針的製作上即是非常好的應用，本論文應用田口實驗計畫法，選用碳源流量、奈米碳管成長時間、成長溫度、鎳金屬催化劑厚度、阻障層及碳源種類作為控制因子，奈米碳管的高度、垂直度、彈性模數、I-V電性作為觀察實驗的回應值，所得數據結果進行訊號雜訊比及變異數分析，找出製作探針之奈米碳管最適化的製程參數條件。研究中我們選用二茂鎳金屬有機溶液當作奈米碳管生長的催化劑以及碳源使用，經過田口法實驗，我們觀察發現二茂鎳金屬有機溶液對製作探針之奈米碳管有一定程度的幫助，除此之外，我們可以利用二茂鎳金屬有機溶液在製程上以分段堆疊的方式成長奈米碳管，分段堆疊方式生長奈米碳管實驗結果亦能符合實驗設計之期望值。
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一個優良的紫外光檢測器必須具有高靈敏性、高精密性、低功率損耗及高熱穩定性等特點，俾應用於現今之科學、化學、工業及國防方面。近年來III-V族為熱門光電材料，其中氮化鋁具有光電導特性、寬能隙(~6.2eV)、高熱傳係數、高熱穩定性及高化學穩定性，最具潛力發展紫外光檢測器之候選材料。 本論文利用非平衡磁控濺鍍系統沉積於Si(100)及Sapphire(001)之基板上，研製氮化鋁薄膜之金屬-半導體-金屬光檢測器，其中改變不同之參數條件來成長具有c軸優選取向之氮化鋁薄膜，再搭配微影蝕刻、舉離法製作出指叉狀電極，為了讓電極與材料之間有較高靈敏性及低功率損耗，利用爐管退火，其製程壓力為2×10-2 torr、氬氣為20 sccm、退火溫度為500 ℃、持溫時間為10 min，達到歐姆接觸作為電流傳導的界面，成功備製出紫外光檢測器。 本研究中，首先為了成長出c軸優選取向之氮化鋁薄膜，藉由適當的製程參數控制，成長氮化鋁薄膜。研究結果顯示氮氣濃度比例及射頻功率對於氮化鋁薄膜成長c軸優選取向影響最為顯著，接著研究中改變沉積基板為Sapphire(001)，主要目的是探討基板效應之影響，雖然能因基板效應之影響成長出高AlN(002)面之繞射峰，但其薄膜屬於多晶氮化鋁。研究結果指出使用Si(100)為基板，在RF功率175 w、氮氣濃度比例50 %、工作壓力4 mtorr、沉積時間3小時，能在室溫下成長出c軸優選取向之AlN薄膜，其半高寬為0.2007°、膜厚為458.8 nm，其表面粗糙度皆<5 nm(Rms)，達到製作元件的平整度。研究最後是將c軸優選取向之氮化鋁薄膜製作成紫外光檢測器，進行光電流量測，探討其光電流之增益與頻率響應，研究結果指出，在外加偏壓 10V時，自製檢測器經照射UV光(250~400 nm)後，具有明顯的電流增益，增益值差為3 order。
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本研究主旨在設計一快速拆裝聯結器，讓機械手臂可分成幾個少數自由度的手臂組件，藉由此快速拆裝聯結器的使用，使機械手臂組件能做無需工具的迅速組裝。此快速拆裝連結器的組裝可同時達成電源、訊號和手臂結構上的連接。並試提出一手臂進行數學模型判定的方法。此聯結器的的使用可讓幾種手臂組件做多種排列組合組成各式手臂，或是臨時替換適合的手臂組件。