• 學位論文

以靜電式平面梳狀致動器驅動之旋轉平台及一維垂直電熱致動器之量測與分析

過去微機電(MEMS)技術的應用範圍，包括汽車安全氣囊的自動撞擊感測器、噴墨印表機噴頭、壓力感測計、微陀螺儀等等。近年隨著CMOS技術發展，微機電技術之相關應用產業已進入消費性電子等多樣化領域。 一般微致動器的致動方法常用的有：靜電驅動、熱變形、壓電變形、電磁驅動等等，其他特別的物理機制方式也有，例如水珠、摩擦力等等。而運動方式也分為線性運動、彎曲、擺動、旋轉等等。 在本論文中首先介紹利用MetalMUMPs製程製造一種以靜電方式驅動的平面梳狀致動(in-plane comb-drive)一維旋轉平台。此旋轉平台的轉軸位於平台底部中央，當側向靜電力產生時此平台會因為底部有支點的關係而傾倒，以致達成旋轉的條件。得到實驗結果為當施加105V的電壓時平台的旋轉角度可達2.870. 論文中提出的另一種設計是垂直方向偏轉的電熱致動器。不同於以往以單材料(uni-material)為結構或者是不同材料結合而成的雙層結構(bimorph)，我們設計了分隔式、多種材料結合而成的電熱致動器，其中上層之鎳金屬具有較大的熱膨脹係數(CTE)以及較小的比熱，中間層是空氣視為gap，下層的多晶矽(Polysilicon)當做電流通路並且被氮化矽(Si3N4)包覆住。當電流通過整個結構時鎳金屬會產生垂直向下的彎曲。經過量測多組不同設計尺寸的元件得到最小的驅動電流在0.82mA時，致動器頂端即可達到25μm向下的位移，消耗的功率為10.58mW.

• 學位論文

光學系統之動態最佳化:光學補償之Jitter控制單元

高解析度之光學遙測技術為目前衛星發展之主流，但是衛星本身運動所造成的抖動效應﹝Jitter﹞將會大幅減低高解析度遙測酬載的影像品質。傳統上， Jitter 大多由衛星本體控制；雖然目前的衛星設計與製作技術越來越精良，但 Jitter 之效應只能盡量減至最小，仍無法完全避免。光學遙測儀器在進行照相時，衛星產生的任何 Jitter 效應，都將會使得影像品質﹝如MTF ─ Modulation Transfer Function 等﹞降低。所以本實驗提出一套光學補償之 Jitter 控制系統，同步偵測並控制補償 Jitter 效應。 　　本實驗採用一較簡化之架構，以驗證光學補償 Jitter 控制單元之可行性。將以一穩定之氦氖雷射﹝He-Ne Laser﹞光源作為入射光線，並打入放置在喇叭﹝Speaker﹞上之鍍銀鏡片﹝Silvering Reflection Mirror﹞，加入電壓至喇叭上使喇叭產生震動，經由喇叭震動而產生光偏移，藉此模擬 Jitter 之效應。並藉由偵測此光線在 Jitter Sensor 上所形成的光斑之偏移量，經由電腦運算輸出控制 Compensator ﹝即Scanner﹞所需旋轉的角度，以補償衛星之抖動。 　　在進行此實驗時，我們只使用了單一光源。一方面是因為經費問題，所以在此實驗進行時並沒有光學遙測系統以及成像裝置；另一方面是假如加入成像裝置會造成整體系統的複雜度以及實驗器材架設之困難度大幅提升。因此我們僅針對此單一光源施以 Jitter 之效應，並使用光學補償 Jitter 控制單元來進行即時補償。 關鍵詞—光學遙測技術、抖動、氦氖雷射、光學補償、喇叭、 鍍銀鏡片、光偏移。

• 學位論文

以全向量虛軸有限元素波束傳播法分析槽形與三角形表面電漿子波導

本研究致力於使用虛軸有限元素波束傳播法分析表面電漿極化子波導。這些具有侷域模場分布特性的波導包括了對稱�非對稱槽形波導與理想�實際三角形波導，將受到詳細研究。首先，我們介紹表面電漿子與表面電漿極化子導波結構的歷史、相關研究、與基本現象。之後，我們展示分析計算的結果，包括等效折射率與損耗（傳播長度）、模場分布、以及色散關係。在不同設計參數情況下的詳細模場分部有助於觀察物理現象並找出設計方法（以及設計上的權衡考量）。我們解釋觀察的結果，並與已發表的研究作比較。本論文也分析並詮釋許多有趣的議題，諸如鮮少發表的三角形波導的尖角分析計算、非對稱與對稱槽形波導行為的不同傾向、以及重新檢驗在以發表文獻中所描述的模場「截止」現象。

• 學位論文

合成具有特定色散性質的光子晶體平板線型波導

我們結合模擬退火法與波導模態展開法來合成光子晶體平板線型波導，使其缺陷模態具有特定的色散特性。我們先合成一個光子晶體平板，使其具有寬光子晶體能帶與特定的能帶位置。以合成的光子晶體平板為基礎，我們進一步合成一個具有特定色散性質的光子晶體平板線型波導。我們討論光在這些合成結構中傳播的色散特性，並且藉由場型分佈來確認線缺陷模態的侷限性質。在論文最後，我們檢驗當移動合成的線缺陷結構時，其色散特性的變化，並探討兩個合成的線型波導之間的耦合。

• 學位論文

氧化鋅基及氮化鋁半導體材料之光學與結構分析

氧化鋅是下個世代最熱門的光電材料，有著3.3eV的寬能隙，以及60meV的激子侷限能，加上可以與鎂及鎘共同組成三元或四元化合物，與氮化鎵基的光電材料相類似。在本論文中將會討論氧化鋅塊材、氧化鋅薄膜成長於業界常用的藍寶石基板以及氧化鎂鋅薄膜成長於藍寶石基板。另外由於有相近的晶格及熱擴張係數，氧化鋅被考慮用來當作三族氮化物磊晶成長的基板材料。因此我的工作包含了使用有機金屬化學氣相沈積磊晶技術在晶格匹配的氧化鋅基板上成長氮化銦鎵及氮化鎵磊晶層的分析及研究。因為在成長氮化鎵基底材料元件上，有機金屬化學氣相沈積磊晶為一個主要的生長技術，因此在其成長氧化鋅基板上有需要再全面完整的探索。然而，在使用有機金屬化學氣相沈積磊晶在氧化鋅上成長氮化鎵仍有數個議題待解決。其中一個是氧化鋅基板的熱穩定性，鋅原子會向外擴散到氮化鎵層並且氫氣會背向蝕刻氧化鋅基板，這會造成氮化鎵較不佳的品質。高解析度X光繞射量測可確認出在氧化鋅上成長的氮化銦鎵及氮化鎵薄膜。而透過可變角度橢圓偏振儀、X光電子能譜、二次質譜儀縱深剖面圖、以及歐傑電子能譜縱深剖面圖我們可得到樣品的光學及結構特性。另外，為了避免鋅及氧原子擴散到磊晶層，我們採用兩種方法： 1.在氧化鋅基板上先成長一層氮化鎵緩衝層。 2.在氧化鋅上加上一層氧化鋁的過渡層。 利用歐傑電子縱深剖面能譜以及二次離子質譜儀縱深剖面能譜來研究氧以及鋅原子擴散情形，並以X射線光電子能譜量測並分析表面鍵結。另外最重要的是以可變角度橢偏儀量測並模擬此系列樣品氮化鎵與氮化銦鎵的厚度、介電常數以及折射率與消光係數。 而我論文的第二個部份，是氮化鋁材料的研究。研究的主要課題是討論由有機金屬化學氣相沈積磊晶之氮化鋁的性質。分成兩個主題： 1.C- face的氮化鋁薄膜成長於A，C，M，R- plane的藍寶石基板 2.氮化鋁薄膜成長於不同基板 (藍寶石基板以及碳化矽基板) 利用深紫外光光致發光能譜與陰極發光能譜來研究氮化鋁薄膜缺陷工程，以及掃瞄電子顯微鏡研究表面特性，可變角度橢偏儀量測並模擬此系列樣品厚度、介電常數以及折射率與消光係數。X射線光電子能譜量測並分析不同面向氮化鋁薄膜的表面鍵結。

• 學位論文

金屬表面奈米光柵結構上表面電漿子與電偶極耦合之基本特性與應用研究

本論文中，我們利用邊界積分方程法區分在金屬表面奈米光柵結構上的侷域表面電漿子和表面電漿極化子。因為侷域表面電漿子對於幾何形狀相當敏感，而表面電漿極化子可由週期所支配，因此在製程上激發表面電漿極化子比激發侷域表面電漿子容易控制。 為了進一步瞭解電偶極與表面電漿子耦合的過程，我們數值模擬其暫態行為來觀察四種不同的表面電漿子模態：光柵擾動下的共振表面電漿極化子、侷域表面電漿子、光柵輔助下的表面電漿極化子以及平板界面的共振表面電漿極化子。此四種表面電漿子模態之系統衰減率包含三個主要機制：金屬損耗、往下輻射，以及沿金屬界面的能量傳輸。 最後，我們以數值方法探討輻射電偶極與表面電漿子耦合時，其內部量子效率以及準外部量子效率之增益。表面電漿子耦合效應可用來改善氮化銦鎵/氮化鎵量子井發光二極體綠光與紅光波段初始內部量子效率較低的情況。

• 學位論文

氧化鋅奈米線之傳輸性質

隨著科技的進步，奈米尺度的電子元件應用層面相當的廣泛，不論是在半導體製程或是太陽能光電元件的開發上，元件的基本物理特性一直是重要的課題。此篇論文主要在探討一維氧化鋅(ZnO)奈米線的電性傳輸性質。由其是在使用聚焦離子束( focused ion beam)製作與氧化鋅奈米線之白金(Pt)接觸電極時的接觸電阻值與在使用不同劑量的鎵(Ga)離子束對於接觸電阻的影響。由實驗結果，使用傳統的聚焦離子束在氧化鋅奈米線上製作金屬電極時，其接觸電極是呈現低電阻狀態的歐姆接觸，且其特性接觸電阻值大約是在10-5與10-6Ωcm2。經由特性電阻值與溫度的關係，可推論此時在接觸接面的的電性傳輸機制為熱場效穿隧機制 (thermionic field emission, TFE)。若提高氧化鋅奈米線在聚焦離子束下的鎵離子照射劑量，可發現特性接觸電阻值會隨著鎵離子的劑量升高而下降，亦即調高鎵離子的劑量可有效的降低特性接觸電阻值，最低值可達到2.5×10-6 Ωcm2。再經由溫度的調變，發現在高濃度劑量下的特性接觸電阻值不會隨著溫度變化而改變，因此，推論在此高濃度劑量得狀態下，其電性傳輸機制將從原本的熱場效穿隧機制 (TFE) 改變為單純的穿隧機制 (field tunneling emission, TE)。此實驗結果對於需要極低接觸電阻的元件應用上有相當的幫助。

• 學位論文

以陽極氧化鋁技術於氮化銦鎵/氮化鎵量子井上製作奈米孔洞以釋放應變及產生表面電漿子奈米金屬顆粒之製備

在本研究中，我們將在氮化鎵基板上或是氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構上的鋁層氧化，從而製備陽極氧化鋁。利用這個技術，我們可以製作具有奈米孔洞陣列結構的氧化鋁層當作遮罩。我們以這種遮罩在氮化鎵或是氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構上沉積奈米金屬顆粒陣列來研究表面電漿子的特性，或是利用它來對氮化銦鎵/氮化鎵量子井做乾式蝕刻來得到奈米孔洞陣列，以釋放量子井中的應力。 我們的第一個研究是探討氮化鎵材料上，銀和金的的奈米金屬顆粒陣列的表面電漿子特性。我們可以改變陽極氧化鋁的製程參數來調整奈米洞的直徑和間距，所以我們可以控制金屬點的大小和密度。我們觀察到表面電漿子的吸收頻譜，因此獲知不同顆粒大小和密度下，奈米金屬陣列的表面電漿子共振頻率。 第二個研究是關於在氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構上製作出奈米孔洞陣列所產生的應力釋放現象。利用陽極氧化鋁，我們在高銦原子含量的氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構上製作出奈米孔洞，使得應力可以有效的釋放，並因此而增強其發光強度和降低量子侷限史塔克效應。藉由在量子井上製作大小60奈米，密度每平方公分4.71 x 109 並且深度只有幾奈米的孔洞，我們可以增加內部量子效應三倍左右，量子侷限史塔克效應也可以大約降低2.5倍，若此量子井發光波段在綠光範圍，則其波長會藍移將近15奈米。藉由這種方法，我們有機會經由降低高銦濃度量子井的應力，做出藍移後和其同樣波長的低銦濃度量子井相較，內部量子效率較高，量子侷限史塔克效應較低的結構。

• 學位論文

使用混合式（電容式/壓阻式）感測機制的微加速計

在本篇論文中,我們將介紹具有兩種感測機制(電容式/壓阻式)的微加速計。 一般說來,微加速計通常只具有單一的感測機制。 在本篇論文中,就我們的所知,我們是第一個將兩種不同的感測機制(電容式/壓阻式)結合在一個加速計上的。 對於我們所設計的平面式移動之加速計而言,在690g的加速度下,所感測到最大電容的改變量為0.028 pF, 在612g的加速度下,壓阻式所感測到的最大電壓變化為0.335V,所感測到的機械結構共振頻率為4.26 kHz,和我們用ANSYS軟體模擬的結果相比之下只有不到5%的誤差。 對於另一個Z軸方向的微加速計而言,在11g的加速度下壓阻式所感測到的最大電壓變化為0.215 V,在10.3 g的加速度下,電容式感測到最大的電容變化為0.26 pF, 機械的共振頻率經由計算為353 Hz。

• 學位論文

空氣/金屬/介電質奈米光柵結構內之表面電漿子與電偶極耦合特性研究

本論文中，我們利用邊界積分方程法來計算在空氣/銀/介電質兩種奈米光柵結構、兩種電偶極位置、頻譜範圍400至800奈米之電偶極與表面電漿子耦合產生之電偶極輻射率增益。我們區別三種表面電漿子耦合特徵，包含平面波激發之表面電漿極化子、電偶極激發之表面電漿極化子以及侷域表面電漿子。此外，我們也計算在不同電偶極位置之電偶極與表面電漿子耦合系統中的放射增益。耦合系統之放射效率決定於靠近金屬/介電質界面之場強度及相位分布。任何一種表面電漿子特性可以有效率或無效率的放射，端看金屬奈米結構、電偶極位置和頻譜位置。一般來說，當金屬銀層變薄時，主要的表面電漿極化子和侷域表面電漿子耦合特徵紅移。在耦合系統內大部分的放射能量釋放到空氣/銀/介電質奈米結構中放置電偶極側。