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金屬及介電質奈米粒子對太陽能電池光響應之比較

在這篇論文中我們在多晶矽太陽能電池表面上製作金屬和二氧化矽介電質奈米粒子，藉由此奈米粒子達到光電流增加的效果。我們對具有金、銀、鋁、二氧化矽奈米小球的元件進行光響應的量測。結果發現，金、銀奈米粒子可造成光響應在波長500nm~750nm造成增加的效果，又以銀奈米粒子表現較好。二氧化矽奈米粒子可以在波長380nm~730nm增加6.2%的光響應，而在光電轉換效率上也有10.2%的增加而達到6.49%，歸因於二氧化矽奈米粒子造成的表面粗糙度和漸變折射率的影響。最後發現在製作上與量測結果上，二氧化矽奈米粒子的效果皆優於金屬奈米粒子之表現。

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反射式光學系統之設計與應用： 反射式光學系統之設計與應用：變焦系統與汽車抬頭顯示器系統

對市面上許多電子產品來說，縮小產品體積是目前發展的趨勢，而許多電子產品中都包含光學系統。因此，如何減小其中光學系統所占的體積是相當重要的一個環節。反射式光學除了具有低色散的特性之外，還可以透過折光的方式來使空間運用上更有效率。對於現在強調輕薄短小的光學系統來說，如何有效運用反射式光學在光學設計裡面，是很重要的課題。 在本論文中，主要可分為兩大主題，這兩個主題皆是結合反射式與折射式光學的影像系統。第一個主題是如何利用微機電系統技術所製造的可形變面鏡設計一個僅11mm厚的2倍變焦系統；第二個主題是如何使用單一訊號源設計一個同時具有抬頭顯示器功能與儀表板功能的汽車抬頭顯示器系統。

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摻雜氧化鎂鈮酸鋰之帶狀波導大溫度頻寬綠光雷射晶片之研製

摘要 本論文以摻雜氧化鎂鈮酸鋰為基板，利用啁啾型光柵在其上製作長為5mm之多週期反轉結構帶狀波導，目的為利用1064nm基頻光耦合至光波導，經由準相位匹配倍頻產生532nm綠光，並量測其輸出之溫度頻寬和光功率。 波導製程方面本論文使用鋅鎳共同擴散式波導與鎵擴散式波導，其中鋅鎳共同擴散式波導線寬為160μm，膜厚100nm，在擴散溫度880℃下擴散3小時，可導TM和TE模態光，符合前人所作之極化與製程相依性 ; 鎵擴散式波導線寬為160μm，膜厚120nm，在擴散溫度980℃下擴散2小時，可單導TM模態。 本論文在綠光量測方面，以最大能量8mW之1064nm基頻光入射於晶片之波導，未製作波導之晶片，其溫度頻寬為60℃，倍頻轉換效率為9.9%。鋅鎳共同擴散式波導，其溫度頻寬增加為80℃，倍頻轉換效率提高為15.4% ; 鎵擴散式波導，其溫度頻寬增加為85℃，倍頻轉換效率提高為13.9%。此結果說明了在週期性極化反轉結構上加上光波導，也就是增加了光場侷限性，有助於溫度頻寬和倍頻轉換效率的提升。

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以六甲基二矽氧烷與氧氣輝光放電製備之SiOxCyHz薄膜阻水阻氧特性研究

本研究利用電漿輔助化學氣相沉積以有機六甲基二矽氧烷(HMDSO)和氧氣做為前驅氣體來製備薄膜，進行薄膜阻水阻氧特性的研究。本封裝膜是由有機和無機成分混成，由無機成分提供主要的阻水功能，有機成分擔任應力釋放與缺陷填補的角色。實驗中透過選取適當製程功率(60W)以及理想的氧氣與六甲基二矽氧烷流量之比例(O2/HMDSO=15)製備厚度1.5μm之混成封裝膜，其水氣穿透率3.6×10-6g/m2-day，氧氣穿透率1.12×10-3cc/m2-day，在玻璃上可見光穿透率90%，已達到有機太陽能電池的封裝標準。實驗成功的利用有機無機混合的特性取代多層膜的繁複，實現單一製程、低成本、高透光與高阻水性的薄膜，未來對於軟性電子的封裝，有極大的應用價值。此外，藉由混成膜折射係數的調變，可以產生降低反射及提升可見光穿透率的效果。

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壓克力(PMMA)菲涅爾鏡片於紅外線波段的設計與製作

紅外線攝影像技術是藉由探測物體散發的紅外線來重建影像的技術，藉由此技術，我們可以在缺乏可見光的情況下偵測四周環境。然而，大部分用於製作普通鏡片的材料，例如玻璃，對紅外線都有很高的吸收率。以前常用於紅外線鏡片的材料，如矽、鍺也有著其缺點。其中一個重要的缺點是這兩種材料皆為堅硬且易脆，要用這兩種材料形成有弧度的彎曲鏡片通常必須透過鑽石研磨，因此紅外線鏡片的成本往往高於普通鏡片的成本。多年來，雖然不少廠商都有投入新材料的研發而且也有一些成果被發表，但是這些新材料的配方卻往往被視為商業機密而被開發廠商保護著，因此這些材料還是不能被大眾所知悉。 我們發現Poly(methyl methacrylate)(縮寫PMMA，俗稱壓克力)在中紅外線波段有著不錯的穿透率，同時又是一種極容易取得的材料。更重要的是，液態的PMMA可以輕易的被塑型成任何我們想要的形狀。因此，在這篇論文中，我們討論了一下PMMA在紅外線波段的光學特性，接著我們設計並模擬了利用PMMA製作的菲涅爾透鏡，我們設計出來的鏡片直徑10毫米，焦距14毫米，模擬的結果證實了我們的設計可以有效的聚焦紅外線。 最後，我們採用了一種新的製成方式製作我們的菲涅爾透鏡。跟傳統的製作方式相比，我們的製成不僅成本較低同時也更為簡單，十分適合工業上大規模生產。而製作完成的鏡片也利用了各種檢測去測量其結構和光學特性。測量結果顯示，利用我們的製成，我們可以成功的製作出符合我們設計的PMMA紅外線菲涅爾透鏡。

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軟性電子關鍵元件與技術之研究

近幾年來，軟性電子吸引各界的關注，已成為科技發展的趨勢，其具備可撓折、輕量化、薄型、能縮小體積便於攜帶的特點，使電子產品延伸出了許多新穎的應用，是目前最重要的科技發展重點之一，亦是下一世代最令人矚目的新產品。本論文採用有機以及無機材料，分別研究其在軟性電子元件之應用。其中，將著重於高分子二極體整流器以及非晶態氧化物薄膜電晶體在軟性電子之應用。 本研究成功地在聚碳酸酯塑膠基板上製作軟性高頻二極體整流器。探討加入一層導電高分子在二極體的陽極以及高分子半導體之間，對二極體整流特性的影響，以及不同的特性之高分子半導體本身對二極體整流特性的差異。本研究並整合高分子蕭基二極體整流器、印製天線及印製電容，成功地製作軟性無線電能傳輸薄片，該薄片可將13.56兆赫的電磁波轉換成薄片上元件需要的直流電能。 在各式各樣的氧化物半導體中，氧化銦鎵鋅在軟性顯示器背板上之應用具有相當的潛力。本研究採用上閘極交錯型的非晶態氧化銦鎵鋅電晶體，研究雙層閘極絕緣層以及不同的通道層沉積條件對電晶體電性的影響。更進一步討論非晶態氧化銦鎵鋅半導體層以及絕緣層間的界面特性以及電晶體特性的儲存穩定度。最後，利用本研究的非晶態氧化銦鎵鋅電晶體整合下發光的有機發光二極體製程顯示面板來驗證此電晶體的應用性。 最後，本研究利用奈米複合聚亞醯胺做為軟性基板，以非晶態氧化銦鎵鋅做為主動層，使用全微影全蝕刻製程，製作出軟性氧化物薄膜電晶體。本研究採用的奈米複合聚亞醯胺能夠承受製程中的熱收縮的不匹配，以及在製程中使用的化學劑，所使用的分離技術可減小聚亞醯胺與玻璃基板分離時所造成的電性劣化。此外，本論文研究非晶態氧化銦鎵鋅電晶體在彎曲中的電性影響，並且整理出在非晶態氧化銦鎵鋅電晶體上的拉伸應變對其電特性的關係。這些研究結果有助於實現軟性電子/顯示器，以及瞭解未來捲對捲的量產製造。

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非晶富矽碳化矽薄膜太陽能電池

本論文利用電漿輔助化學氣相沉積成長非晶碳化矽薄膜，首先在成膜過程前，預先以三段式通入氬氣以稀釋腔體內的殘氧量。藉由調整不同的電漿功率從20W到100W在500oC 下沉積，進行碳化矽薄膜的分析。從 SIMS 分析中得知，我們已經成功的藉由預通氬氣的步驟將碳化矽薄膜中的氧含量降至 1.1×105 以下。隨後藉由XPS 分析中呈現，碳化矽薄膜的碳矽比例隨著電漿功率的提高而升高。並且在Si2p3軌域以及 C1s 軌域中發現碳化矽薄膜多半以 Si-C 鍵結存在。另，我們也觀察到 C-Si-O 的鍵結隨著電漿功率的提高而逐漸將低。同時在 FTIR 的分析中可以得知在低電漿功率的情況下，會造成甲烷解離的不完全，因此碳化矽薄膜中會有明顯的 Si-CH3 的訊號。然而在提高電漿功率後，此訊號就漸漸減弱而 Si-C 鍵結的訊號就漸漸增強。從吸收譜中看出在低電漿功率下的碳化矽薄膜明顯對於可見光的吸收較強，同時藉由模擬看出，在此條件下製程的碳化矽薄膜太陽能電池可以貢獻大約 2%的轉換效率。透過改變不同的矽甲烷與甲烷的流量比例，藉此發現在 R=0.5 的比例下，吸收譜在可見光 300 nm 到 500 nm 的波段有些微的提升。再以此條件去參雜磷與硼元素沉積 p 型與 n 型碳化矽薄膜，將薄膜的阻值降低至 0.31Ω∙cm。碳化矽薄膜太陽能電池 ITO/p-SiC/i-SiC/n-SiC/Al 的電壓電流曲線，隨著 i-SiC 薄膜的厚度由 150 nm 將低至 50 nm 下，有效的降低元件中的串連電阻至 150 Ω，並且提高了轉換效率。碳化矽薄膜太陽能電池 ITO/p-SiC/n-SiC/Al 中，隨著 n-SiC 的厚度由 150 nm降低至 50 nm 下，元件的串連電阻可降低至 6 Ω，對轉換效率又有進一步的提升。

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重矽摻雜之砷化銦與有序排列磷化銦鎵之光學特性研究

本論文研究以分子束磊晶法成長的重矽摻雜砷化銦與以有機金屬化學氣相沉積法成長的有序排列磷化銦鎵之光學特性。第一部分探討重矽摻雜砷化銦的拉曼頻譜，實驗中除了發現LO聲子與電漿作用所形成的PLP耦合模態之外，還發現了由於屏蔽效應減弱所導致的LO模態。隨著濃度提升，PLP模態位置由LO模態逐漸往TO模態移動，此現象與介電方程式推導的模態趨勢相違背，我們將此現象歸因於由於晶格振盪導致內部感應電場產生，當電場的空間變化速度太大，使得載子無法有效屏蔽時，PLP模態回復接近接近LO模態位置；隨著濃度提升，感應電場逐漸被有效屏蔽，PLP模態位置將往TO模態移動。而屏蔽效應的強弱由模態的波向量與湯姆斯費米波向量值決定，經由計算比較，我們發現LO模態的出現是來自於表面累積層的散射，PLP模態則來自於非累積層的貢獻。當濃度高於5x10^19 cm^-3，我們發現LO模態不遵守拉曼選擇規則，此現象可能由於摻雜濃度較高時，費米能階高於表面能階，表面形成的空乏層誘發電場所導致。另外，我們從傅立葉轉換紅外線光譜儀所量測的反射頻譜推知電漿頻率的位置，並與拉曼量測所得到的PLP模態位置相近。 本論文的第二部分研究有序排列磷化銦鎵的拉曼散射與光激螢光譜。我們經由室溫的光激螢光譜與X-ray繞射頻譜以理論公式計算樣品的有序排列程度，並透過拉曼頻譜上相對應的模態強度推算其深谷數值(valley depth ratio)，發現隨著有序排列的程度增加，拉曼頻譜上InP-like與GaP-like LO模態之間的凹谷深度也將隨之上升，導致深谷數值下降，此現象與文獻上的趨勢相同。此外，當雷射光源沿著[1-10]極化方向入射時，我們可以從拉曼頻譜上觀察到來自(1-11)和(-111)晶格有序排列所形成C3V對稱結構的354和380 cm-1峰值，然而當極化方向旋轉九十度沿著[110]方向時，380cm-1的聲子模態依舊可以被觀察到，我們推測其來自於(111)和(-1-11)平面上的有序排列。

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無源自反饋諧波鎖模弱共振腔雷射光源為基底之10-Gb/s 歸零訊號傳輸系統

本論文將光電振盪器之架構應用於驅動諧波鎖模弱共振腔雷射光源，並將此一光源應用於產生10 Gbit/s歸零訊號。脈衝寬是判斷鎖模好壞的重要參數，而從描述自反饋雷射二極體之速率方程式，並修正主動鎖模理論中的脈衝寬公式，我們可以得知脈衝寬會隨光自反饋功率比以及微波訊號功率增益上升而下降。在90%的光自反饋功率比與微波放大器所能提供最大增益35 dB下，可以得到20 ps的最窄脈衝寬以及0.9 ps的時基誤差。進一步將此優化過之載波藉Mach-Zehnder調變器載上非歸零開關鍵訊號後，可得歸零訊號串列且具有10.2 dB的訊雜比以及13.8 dB的消光比，而其在誤碼率為10-9時的最小接收功率為-18.7 dBm。為達到通道化的系統，我們將此一訊號通過200-GHz通道間隔的陣列波導光柵並得到-16.5 dBm的接收靈敏度。為了進一步提升系統性能，我們嘗試在光電振盪器迴路內加入不同長度的單模光纖，並發現在加入100公尺光纖的系統中性能可以得到最佳的改善，在100 Hz的位移頻率下，相位雜訊可下降到-70 dBc/Hz，脈衝寬可以降到18.5 ps，時基誤差則能下降到0.67 ps。然而當光纖長度超過200 m，系統則會快速劣化，這是因為啾頻、雷射模態分割雜訊、光電振盪器的旁模雜訊、環境擾動這四項劣化因素都會隨腔長增加而上升，因此抵銷了原本預期延長腔長對Q的提升所能帶來的改善。此外，為了要抑制光電振盪器的旁模雜訊，我們使用了雙路徑的光電振盪器架構來消除旁模的共振條件。但傳統的雙腔路徑長設計原則會導致腔內的等效Q值因為腔內能量分布於短腔而大幅下降，因此我們藉由雙腔光電振盪器的閉路轉移函數對理論作修正，並透過選擇雙腔的腔長差來達到使振盪器旁模雜訊最小的效果。然而在實驗中我們並沒有發現顯著的改善，這是因為光電振盪器的腔長仍不夠長，消除旁模所能帶來的改善不大，而雙腔架構又有拍頻雜訊會轉換為相位雜訊以及強度雜訊，這兩個效果彼此抵消使得雙腔架構性能並沒有明顯的提升。

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應用微機電可形變鏡片與自由曲面組成微型自動對焦相機系統

我們實驗室提出一個微小型並能夠自動對焦的相機模組,不同於傳統相機的對焦方式為移動元件來達到不同的焦距,我們的相機模組採用的是我們實驗室製造的微機電可形變鏡面(MEMS deformable mirror),當物體在無窮遠處時, deformable mirror為平面;當物體移近時, deformable mirror彎曲,便可成像在相同位置的影像感測元件如CCD、CMOS上。一開始這個相機模組是200萬畫素,而藉由多加一面球面透鏡當孔徑光欄以及精確調整鏡組中每一參數的數值,可以大幅改善像差,增加成像品質。而這個設計可以再進階,我們藉由設計,從200萬畫素擴充到800萬畫素,而在思考了成本考量之後,我們決定將透鏡數量由三面減少至兩面,並將反射鏡指定為由Zernike 方程式所描述的自由曲面來修正像差, deformable mirror也設計成自由曲面,此時,一個800萬畫素有自動對焦功能且視野可達±26°的相機模組便可完成,這個系統的MTF值在空間頻率為113.5/mm處可以高於30%。