臺灣大學光電工程學研究所學位論文
國立臺灣大學,正常發行
選擇卷期
已選擇0筆
- 學位論文
隨著奈米科技逐漸發展中，傳統實驗室使用之光微影術(photolithography)所能製作之結構的尺寸已逐漸不敷使用，然而一種嶄新的技術稱為奈米微影術(nanolithography)已被開發，在光電工程中，許多結構都利用此方法製作，例如:奈米柱狀(nano-pillar)結構、奈米光罩(nanomasks)等等，然而在奈米微影術當中，奈米球微影術是最廣為使用的一種技術，此技術不僅僅可以製作出二維、三維的光子晶體(photonic crystal)，也可利用此技術製作出週期性的金屬圖案光柵，藉由偶合發光層發出之光線及表面電漿波(localized surface plasmon resonance)增強主動元件其發光效率。 在目前氮化物發光二極體(nitride light-emitting diode)中，主要使用做為基板的材料為藍寶石(sapphire)基板。而在本研究中，我們利用奈米球微影術之技術，將週期性奈米尺寸之圖案轉移至藍寶石基板上，並利用濕式蝕刻之技術對我們的藍寶石基板進行蝕刻。經由研究發現，製作圖案化之藍寶石基板(patterned sapphire substrate)可增進氮化物發光二極體之發光效率，而目前有兩種主要之論點可作為發光效率增進之解釋: (1)利用側向磊晶生長於圖案化藍寶石基板(lateral epitaxial patterned sapphire)可使氮化物發光層在後續的磊晶過程中得到較少的線缺陷，因而增進自發性輻射之比例，增進發光二極體之內部量子效應(internal quantum efficiency)。(2)由於圖案化藍寶石基板之形狀異於未做圖案化之藍寶石基板，因此當光線由發光層入射於其與空氣之介面時，其入射角度較小，發生全反射之機率也減小，因此增進發光二極體之光萃取效率(light extraction efficiency)。
- 學位論文
本實驗分成兩部分：研究樣品的發光機制以及時間解析激發探測量測系統 第一部分我們藉由量測不同溫度下激發強度與發光強度的關係，可以判斷發光機制是自由載子或是激子所主宰。如過去文獻所預期，在室溫下發光機制主要來自自由載子：當溫度降低時，激子的影響逐漸變大。 第二部分我們建立一套時間解析量測系統來研究量子點樣品的生命期。為了驗證此方法的可行性。我們選擇樣品發光波長落在時間相關單光子計數器系統可量測範圍，並藉由量測到的載子生命期與我們所建立的時間解析量測系統相比後，可以得到一致的結果。在驗證了此量測系統後，我們針對四種不同量子點樣品進行量測載子生命期。接著利用此量測系統研究變溫下的量子點載子生命期，發現量子點載子生命期隨溫度上升先變長再變短。
- 學位論文
本研究主要是在VAFFS的基礎上，利用Stroke vector與Mueller matrix的觀念，使非主波長的光線在通過後的相位延遲差距減到最低，達到減少正向暗態漏光的情形，接著是以不同的電極結構、不同的預傾角、不同的錨定力以及不同的介電層厚度來達到穿透與反射曲線的匹配，達成了單間隙半穿透半反射液晶顯示器（Transflective LCD）的設計。之後我們在反應時間上加以討論，換以低黏滯係數的液晶材料後，配合電極設計能達到不錯的反應時間。最後我們針對VA模態在視角上比較不佳的問題來加以改善，利用負型雙折射係數的補償膜來補償液晶垂直配向排列時斜向大角度產生多餘相位延遲的情形，再利用正型雙折射係數的補償膜來補償相位延遲片在斜向大角度所產生的相位延遲不足的情況，雖然利用在廣視角的大型面板上略顯不足，但利用在室內戶外兩用等可攜式、需要半穿透半反射功能的小型顯示器上，應能達到不錯的效果。
- 學位論文
奈米線、奈米尖錐、奈米帶等一維奈米結構因具有獨特的光性、電性和機械性質而成為現今的熱門研究領域。目前半導體的研究已經進入了奈米級的進展，在如此微小的世界裡，拉曼散射光譜是一項強而有力的分析工具，具有簡單、低成本、快速、以及非破壞性量測等優點。在未來奈米元件的製程與分析上，扮演著不可或缺的角色。本研究中，以化學氣相層積法將氮化鎵一維奈米線成長在矽晶片基板上，使用共焦拉曼微光譜儀來做一連串的拉曼量測與分析。透過掃描式電子顯微鏡可觀察出氮化鎵一維奈米線的直徑約在100奈米左右，而X光繞射儀與穿透式電子顯微鏡證明了氮化鎵奈米線屬於六角晶系、以[100]為成長方向，並具有高度結晶品質。單根氮化鎵奈米線的拉曼頻譜顯示出一般六角晶系的聲子特徵，並且E2(high)模態具有很窄的半高寬，代表很好的晶體品質。在單根氮化鎵奈米線的偏極化拉曼量測上，顯示出不尋常的偏極化響應，與一般文獻以及模擬上迥然不同。此差異經過推測，極有可能是由於單根氮化鎵奈米線對於不同偏振方向的雷射光有不同的吸收所造成，另外，透過偏極化的拉曼量測，並配合模擬結果，可得知空間中氮化鎵的晶軸方向。另外，在683 cm-1與714 cm-1這兩個頻率的地方有觀測到兩個微弱且寬的峰，但此兩處仍未被以發表的文獻所討論。由於本研究所使用的單根氮化鎵奈米線具有極大的比表面積，因此推測此處應為氮化鎵奈米線本身所產生的表面聲子模態，但仍需要更進一步的研究與分析。
- 學位論文
對於一般市面上的可攜帶式電子產品例如手機、PDA、及筆記型電腦而言，微型化是目前發展的趨勢。因此，如何將其所組成的模組縮小便是首要任務。對於鏡頭模組而言，傳統上使用步進馬達來驅動的鏡頭模組在微型化的過程中已經遇到了瓶頸，因為這樣的系統無論是在自動對焦或是光學變焦的過程中，都需要空間來移動鏡子。一種解決的方式是結合反射式光學以及利用微機電系統技術所製造的可形變鏡面。反射式光學不但有低色散的特性，並且因為其原理是將光路在系統內反射數次後再成像於系統之外，整個系統的大小可以縮小許多；另一方面，由微機電系統技術所製造的可形變鏡面，不但適合大量製造，其光學上的等效焦距也是可調變的。結合這兩種技術，在本文中我們將討論如何設計並實現一個長約8.5毫米、寬約4.5毫米的自動對焦系統並討論其改進方法及可能性，以及如何運用這兩種技術來設計一個微型光學變焦系統。
- 學位論文
在這篇論文中，我們主要研究的題目是量子點雷射的模態競爭效應和反競爭效應。在第二章和第三章中我們研究了競爭效應的現象，控制長波長的強度，然後觀察長波長和短波長模態之間的競爭效應。接著我們改變長波長和短波長的波長，再去做競爭曲線，最後比較這些不同波長的長波長和短波長的競爭曲線。我們發現當我們改變兩個模態的波長時，它們之間強度變化曲線(競爭曲線)的斜率都是一樣的，而且都是負的。這代表當我們改變長波長的強度時，長波長和短波長之間只有競爭效應存在，而且不同波長對競爭曲線的斜率影響不大。我們利用雷射的速率方程式，來討論造成競爭效應的主要物理機制。並且詳細的討論量子點雷射的增益頻譜，均值增寬(homogeneous broadening)和非均值增寬(inhomogeneous broadening)的效應等等。 在第四章中我們改變短波長的強度，然後觀察短波長和長波長的競爭曲線，我們發現此時競爭曲線的斜率有正有負，負的斜率代表競爭效應，而正的斜率則是代表反競爭效應。反競爭效應在過去的多重量子井雷射中已經被討論過了，但是在量子點雷射中的物理機制還沒有被討論過。由於量子點的大小分布是呈一個高斯分佈，所以會造成增益頻譜的非均值變寬。由於均值變寬和非均值變寬的作用，在量子點雷射中很容易產生反競爭效應，只要電流不要太高，慢慢降低短波長的強度到一定程度以下，就會出現反競爭效應。在這一章最後我們會討論反競爭效應的物理機制。此外我們還發現另外一種競爭效應，是過去文獻中沒有看過的，但在量子點雷射中很容易觀察到，這在第四章中會詳述。 第五章是探討溫度效應所造成的模態競爭效應，由於溫度改變會影載子在1stES和GS的分布，所以長波長和短波長的模態會因為溫度變化，而有類似競爭效應和反競爭效應的現象，其物理機制和前面幾章是不同的。這一章內容的其中一部分，是我在國際期刊Applied Physics Letter發表的文章，刊登在2007年的volume 90 issue 18，題目是”Opposite temperature effects of quantum-dot laser under dual-wavelength operation”[55]。並且還有一篇也是投稿在Applied Physics Letter的文章，目前還在審核中，題目是 “Competition and anti-competition of laser modes in external-cavity quantum-dot laser system”
- 學位論文
在本論文中，在低功率的電漿輔助化學氣相沉積系統內，證實N2O/SiH4流量比例與氧/矽組成比例對於成長最多量奈米矽的富矽氧化矽薄膜有相關性，藉由降低N2O與N2O/SiH4流量比例調整富矽氧化矽的氧/矽組成比率從1.38到0.88且得到類高斯分佈的非線性近紅外光激螢光。降低N2O/SiH4 比率，大量的Si-H吸收鍵結在870與2250 cm-1幫助形成小尺寸奈米矽並且防止表面再氧化。N2O/SiH4比例訂在5.5時，對厚度歸一化的最強光激螢光峰值是在760 nm且此時的氧/矽比為1.24且矽濃度大約44.64 atom %。特別注意的是，N2O流量維持小至25sccm來限制氧解離作用和完全分解SiH4，因此在矽奈米晶表面的懸擺鍵結上產生微量的氫鈍化。N2O：SiH4流量降至5:1且與典型的退火1hr過程相比，退火時間及溫度短至15分鐘1100 oC時達到最佳。HRTEM分析透露如此小的奈米矽晶直徑約為1.5±0.2 nm。由FTIR分析可知，我們推論極低流量的電漿輔助化學氣相沉積可以完全從SiH4分解出Si並且產生極小的氫氣鈍化。使我們易於精確控制矽奈米晶的尺寸和大幅增強藍光光激螢光強度。在外加290V的情況下發現了具有藍光的電激發光現象，相較於PI斜率為0.37mW/A情況下的紅光金氧半二極體光功率為270 nW，藍光金氧半二極體的光功率可達333 nW至500 nW，我們利用低N2O流量製程條件在富矽氧化矽成長出小尺寸高密度奈米矽晶，並以此成功做出高輸出功率的金氧半二極體元件。
- 學位論文
本論文探討光波在奈米金屬單狹縫與週期性狹縫的光學特性，並且利用表面電漿子共振與夾縫電漿子共振製作出高靈敏度、免標定、高通量、晶片型態與可重複使用的新穎生物感測器，其單元檢測面積為100µm×100µm。在奈米金屬狹縫光學特性的研究中，利用電子束微影術及反應式離子蝕刻術在100 nm-200 nm金膜上製作週期400 nm-900 nm、狹縫寬度20 nm-200 nm的奈米金屬結構。實驗結果顯示，存在於狹縫中的夾縫電漿子共振在穿透光譜上呈現一半高寬較大的波峰，波峰位置受狹縫寬度及厚度影響；存在於狹縫外的表面電漿子共振對於光的穿透扮演著負面的角色，並在光譜上呈現一波谷。此外伴隨著波谷出現的波峰滿足Rayleigh異常現象的預測。這些波峰與波谷都會隨著環境折射率的改變而位移，因此可以應用於生物或化學檢測。在生物檢測的應用上，表面電漿子共振在水溶液環境中的折射率靈敏度達740 nm/RIU，同時對生物分子具有極佳的表面靈敏度。在比較表面電漿子與夾縫電漿子靈敏度的實驗中，由二氧化矽薄膜與醣體的檢測顯示夾縫電漿子有較佳的檢測能力，倘若光譜儀的解析度是0.1 nm，夾縫電漿子可以測得0.05 nm厚的二氧化矽薄膜厚度變化與分子量為4的生物分子。此外，夾縫電漿子的靈敏度與狹縫寬度有關，當狹縫由100 nm縮減至30 nm時，夾縫電漿子的靈敏度增加10倍，同時也高出表面電漿子的靈敏度約一個數量級。在檢測直徑為13 nm的奈米金球實驗中，夾縫電漿子在低奈米金球密度下的顆粒偵測靈敏度大約是表面電漿子的3倍。倘若光譜儀的解析度達0.1 nm或者燈源的強度穩定度達0.2%，夾縫電漿子的偵測靈敏度可達每平方微米一個粒子，此偵測能力與應用在DNA陣列檢測的螢光標定法的靈敏度每平方微米約0.5個螢光分子相當接近。因此，週期性奈米金屬狹縫可與奈米金屬顆粒標定法結合，以提升感測器的偵測極限，並應用於DNA及蛋白質陣列檢測。推測夾縫電漿子具有較佳靈敏度的可能原因是狹縫內的生物分子或奈米金球與夾縫電漿子具有較大的重疊積分。
- 學位論文
有機發光元件近年來在平面顯示器應用上漸受矚目。然而，在傳統螢光有機發光元件中僅有單重態激子能夠結合放光，因而使其發光效率受限。該理論限制在近來磷光有機發光元件的開發下已得到突破，進而使得100% 內部量子效率的實現成為可能。此一理想結果在紅光與綠光磷光元件中大致實現；至於藍光磷光元件則尚待改善。故在本論文中，主要係透過摻雜材料、主體材料與元件結構之研究，使得藍光磷光元件之效率得以有效提昇。除元件效率外，本論文的另一重心則是單層有機發光元件之研發，以求達到元件製程之簡化。 本論文中首先探討新型紅光磷光摻雜材料與多功能主體材料；其後並具體實現多層與單層之高效率紅光磷光元件。在藍光磷光元件的開發上，高三重態能階主體材料是一項重要關鍵。故本論文中首先研究具有高三重態能階之電洞傳導材料與電子傳導材料，以及高效率之藍光磷光元件結構。本論文次一主題是探討新型多功能主體材料；其後並具體實現單層之高效率紅光磷光元件。接著藉由高三重態能階雙極性傳導材料之開發，成功地將高效率單層磷光元件推展到綠光與藍光。此外，本論文中對於使用磷光主體材料以利用偶極矩作用能量轉移機制之構想亦有探討。本論文最後則研究混合螢光與磷光之白光有機發光元件，以期能實現固態照明之應用。
若您是本文的作者，可授權文章由華藝線上圖書館中協助推廣。
- 學位論文
本論文主要探討氮化鎵奈米結構之製作與特性分析，分成兩個部分論述。第一部份細述以V-L-S機制成長氮化鎵奈米結構，第二部份是氮化鎵奈米線發光二極體之製作與量測。 首先，本文敘述實驗室自製V-L-S氮化鎵奈米線晶體成長系統，並且使用SEM、PL、EDS、TEM、XPS等量測技術，分析氮化鎵奈米線晶體之外觀、品質及晶體之成分。從PL結果得知晶體激發出中心位置在363 nm，半高全寬為42 nm的紫外光，與一寬頻的黃光發光。由EDS和XPS元素分析中得知晶體的主要成分為氮化鎵，而由TEM材料分析得知晶體為單晶結構。 吾人以此奈米線晶體結構製作發光二極體元件，並量測其電壓-電流特性、電激發光頻譜以及光電流。元件展現出非一般理想發光二極體的特性。在正負偏壓下皆有可見光及紫外光發光，且發光頻譜有強烈藍移現象。並於文末提出光助穿隧模型嘗試解釋此奈米線發光二極體之電激發光機制。