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利用輻射狀垂直梳型致動器驅動二維掃描微鏡片之特性分析

近年來光學微機電在許多領域的地位逐漸重要，像是光纖通訊，顯示科技和生醫影像都有其大量的研究。本文利用輻射狀的垂直梳型靜電致動器結合十字結構的彈簧來驅動一個二維轉動的微鏡面。所有的驅動結構皆位於微面下方，而且沒有外環的構造(gimbal structure)，這樣的設計提升了元件的填充因子(fill factor)，使其適合應用在微鏡面陣列方面。本元件是由Sandia SUMMiT-V的製程的製造，其中包含了五層由多晶矽沉積而成的結構層(structural layers)。元件的設計包含了許多參數：三種不同彈簧結構以及移動梳型手指(movable comb finger)和固定梳型手指(fixed comb finger)之間的間隔等變數。元件的特性與參數彼此之間的關係將會被討論。

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可用於增進有機發光元件性能之光學結構研究

在本論文中，我們研究數種新型結構並用以增進有機發光元件之性能。首先，我們提出對電極材料不敏感的電洞注入架構以及電子注入架構。這些架構可用於提升有機發光元件的電特性。接著，以這些載子注入架構為基礎形式連接單元，並將之用於白光堆疊串接式元件，使該元件具有良好的光電特性。 接下來，採用具波長選擇作用的反射鏡面作為電極，並以此來調變白光元件的發光頻譜，我們實現了在紅光、綠光和藍光波段具有陡峭發光峰的三發光峰白光有機發光元件。其頻譜與典型彩色濾光片的穿透帶有較佳之匹配，可產生較飽和的三原色，將色域範圍大幅提高至87%。依類似之概念，我們設計另一種波長選擇性反射鏡面來增進藍光有機發光元件發光的色彩飽和度。透過仔細地設計該鏡面的結構與適當地選擇發光區相對於該鏡面的距離，以苝為摻雜物之藍光元件發光的色彩飽和度可被大幅改善，其CIEx,y色度座標為(0.151, 0.092)。 最後，我們利用嚴謹的電磁學模型分析輸出端鏡面的反射率對光學微共振腔有機發光元件發光特性之影響，並以實驗結果驗證之。其中輸出端鏡面反射率之調變乃是藉由在薄金屬上沈積不同厚度的介電層來達成。

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微光學膜對有機發光元件光學特性改善之研究

有機發光元件具有高對比、反應時間短、自發光、成本低廉以及可以與各種材質的基板整合的特性，使得它在平面顯示器與固態照明等方面都受到各界的矚目，然而，高效率的有機發光元件仍然是大家努力的方向，其中，有機發光元件的出光耦合率更是一個重要的議題。 在本篇論文中，我們製備了兩種不同的光學膜：微透鏡陣列(microlens array)與微顆粒散射膜(micro-particle diffuser film)。我們將微透鏡陣列應用於不同顏色的有機發光元件上，其中將微透鏡陣列貼附於白光有機發光元件上，可以提升元件的外部量子效率23%，提升亮度47%，並且可以有效改善白光有機發光元件各視角光強度的分佈。 將微共振腔結構結合有機發光元件可以得到較好的顏色飽和度以及較高的亮度，然而微共振腔有機發光元件的顏色表現與元件效率通常無法同時被改善。我們將微顆粒散射膜貼附於微共振腔上發射型有機發光元件上，不但提升元件的外部量子效率與電流效率為傳統下發射型有機發光元件的2.1倍與2.9倍，而且改善元件各視角光強度，使其更接近理想的Lambertian分佈，但是仍然保持微共振腔有機元件良好的顏色飽和度。 由於光學膜並不直接與有機元件接觸，因此應用光學膜於元件上不但可以提升元件效率與顏色表現，而且不影響元件操作，而且光學膜的製備簡單、價格低廉，並且與有機發光元件的製程是完全相容的。

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氮化鎵發光二極體晶片之接面溫度研究與數值模擬

本論文中，我們利用離子佈植技術製作了具自我散熱機能之發光二極體，並且使用順向偏壓法和紅外線熱像儀來量測發光二極體的接面溫度。實驗結果顯示，利用離子佈植技術製作之發光二極體的接面溫度皆遠低於缺乏此結構之發光二極體的接面溫度，藉由精準的紅外線熱像儀來量測，在100毫安培的電流之下可以測量到高達15℃的溫差，同時適宜的設計離子佈植區域更可以在100毫安培的電留下達到30.6%的發光強度增強。最重要的，利用高解析度的熱像儀影像，局部低溫區域的存在可直接被證實。 同時，藉由考慮發光二極體之帶電載子的分佈情形和發光強度的衰減以及其接面溫度，我們建立了一個完整的數值模擬模型。同時我們改變高電阻區域的深度、寬度以及間隔，模擬出帶電載子以及接面溫度在平面上的分佈情形。帶電載子因為高電阻區域的存在強迫轉向，形成一低功率損耗的區域，進而建立局部的低溫區域。並且藉由接面溫度的分佈圖，我們可以明顯觀察到此低溫區域的存在。此外我們考慮不同電流之下所伴隨不同程度的發光強度衰減，引入一項衰減參數進而發展出了一套模擬發光二極體發光強度衰減的模型。因此藉由此數值模擬，我們可以設計出具備自我散熱機能之發光二極體。 藉由數值模擬以及實驗的結果，利用高電阻區域來降低發光二極體接面溫度的效果是十分明顯且確定的。

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氮化鎵/氮化銦鎵奈米結構之光學特性研究

在本研究中，我們首先證實了經由控制流量磊晶的方法，即成長過程中週期性地開或關閉鎵原子的供給，而同時持續地供給氮原子，成長出來的a-plane氮化鎵於r-plane藍寶石基板具有較佳的光學特性。根據光激螢光頻譜量測的結果，經由控制流量磊晶方法成長的a-plane氮化鎵薄膜確實遇有較好的發光特性。此外，光學量測結果也顯示經由控制流量磊晶方法成長的樣品具有較多的應力被釋放。 接著，我們展示了使用預應變成長技術成長的綠光氮化銦鎵/氮化鎵量子井，藉由在成長高濃度銦發光量子井層前先成長一層銦濃度大約為7%的氮化銦鎵/氮化鎵量子井，使得發光量子井層的成長溫度可以提高30°C，在光激頻譜量測中仍維持發光波長為544nm。由光學之研究中發現，內部量子效應和室溫的光激螢光頻譜強度分別有167%與140%的提升。

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高效能及高穩定度之氧化鋅薄膜電晶體

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RGB主動矩陣有機發光二極體顯示器之驅動、補償電路之設計與開口率之研究

本論文是結合兩種已發表於文獻上的電路來驅動、補償主動矩陣有機發光二極體顯示器電路，兩種電路皆具有對薄膜電晶體臨界電壓變動的影響作補償，差別在於第一種電路用的元件數目較少（二個薄膜電晶體、一個電容、三條外部訊號線），而有比較大的開口率表現，第二種電路用的元件數目較多（五個薄膜電晶體、一個電容、四條外部訊號線），但卻具有改善有機發光二極體隨時間劣化問題的功能，本論文希望融合這兩種電路的優點而提出一個新的電路架構，讓電路除了可補償薄膜電晶體的臨界電壓問題之外，還可在比起第二種電路有較高的開口率表現之下，具有提升主動矩陣有機發光二極體顯示器壽命的功能。

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以增益飽和光放大器濾波之自發放大光源注入弱共振腔二極體雷射為分波多工被動光網路發信機

隨著人口的增加，高位元率的傳輸越來越受到重視，應用分波多功的被動光纖網路在光纖到家的系統中，顯然是一個可行又相當便宜的方法。　為了降低分波多功的被動光網路系統的成本，已經有很多應用在分波多功光網路的光源被提出來，如光譜很寬的發光二極體、單模雷射、利用放大後的自發幅射光源注入鎖模費比布洛雷射、雙相注入鎖模的反射性半導體光放大器等等。 儘管利用單模雷射可以使傳輸表現良好，但是因為應用在分波多功光纖網路的單模雷射製造波長沒有辦法控制精準，因此製造成本相當昂貴，且波長會隨溫度的改變而飄移，需要溫度控制器來固定溫度，因此我們使用自發幅射光源注入費比布洛雷射的傳訊器為光網路單位，探討這樣子的分波多功的被動光纖網路系統。 本篇論文討論在200億赫頻寬的陣列波導分波多功器被動光網路系統中，以端面1%反射率的弱共振腔法布里-珀羅雷射為上傳傳訊器，使用223-1 偽隨機二進位序列並以2.488億位元/秒直接調變共振腔法布里-珀羅雷射，分別分析在單向上傳系統以及雙向傳輸系統中，受到自發幅射寬頻光源經過陣列波導濾波器注入鎖模後弱共振腔法布里-珀羅雷射的傳輸表現。 在單向上傳系統中：利用自發幅射光源注入雷射達成無色操作時，注入光源的相對強度雜訊以及光源的端面、連接面反射影響傳輸表現甚巨，因此改在光網路單位端使用頻譜切割的自發幅射光源配合一增益飽和之半導體光放大器可有效地分別降低注入光源的相對強度雜訊4.5分貝、端面反射量6.3分貝，可將上傳訊號的消光比從8.9提升到9.6分貝、訊雜比從5.9 提升到6.3分貝。 在這樣的單向上傳系統中，誤碼率為10-9的接收功率在背靠背的傳輸狀態下可達到-26分貝毫瓦，即使經過25公里光纖傳輸，誤碼率為10-9的接收功率仍可達到-24.8分貝毫瓦。 另外，對於弱共振腔法布里-珀羅雷射在自發幅射光源注入鎖模後的增益飽和狀態下，提出訊雜比對於注入功率變化的理論模型，並進一步探討上傳訊號訊雜比與消光比對於誤碼率為10-9的接收功率之影響，可發現對於誤碼率為10-9的接收功率，訊雜比比消光比扮演著更重要的角色。 在雙向傳輸系統中：為了可達到波長可獨立操作，不受溫度或外在因素影響，以及降低雙向分波多功的被動光纖網路系統的光源成本，在通訊局端機房使用結合200億赫頻寬的陣列波導分波多功器頻譜切割和增益飽和半導體光放大器濾波技術之自發幅射光源，將其以2.488億位元/秒外部調變後做為下傳訊號；在光網路單位端，藉由另一顆半導體光放大器增益飽和特性搭配弱共振腔法布里-珀羅雷射被注入鎖模後增益飽和之特性，將下傳訊號抹平成近乎連續波光源，用來當作注入光源，然後以2.488億位元/秒直接調變注入鎖模之弱共振腔法布里-珀羅雷射當作上傳訊號，以達到下傳光源的再利用。 在此雙向傳輸系統中，下傳訊號誤碼率為10-9的接收功率在經過25公里光纖傳輸的傳輸狀態下可達到-27.5分貝毫瓦；上傳誤碼率為10-9的接收功率在經過25公里光纖傳輸仍可達到-21.8分貝毫瓦。 同時，探討半導體光放大器操作電流以及下傳訊號功率大小對於抹平後的訊號消光比與過激量之影響，更進一步分析以抹平後的訊號當作注入光源，其消光比與過激量對於上傳訊號品質之響應，可發現抹平後訊號的消光比過激量更能對上傳訊號訊雜比產生影響。 關鍵字：弱共振腔法布里-珀羅雷射、分波多功被動光纖網路、半導體光放大器、增益飽和、注入鎖模、光纖光通訊、半導體雷射

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矽光波導交錯結構之研究

近年來，矽光子學變成很具有發展性的課題，利用光波導傳輸訊號相較於利用電線傳輸電訊號，可以提升整個系統的安全性、增加頻寬、縮小尺寸，以及提高穩定性。當光波導必須要在極小空間傳輸電磁波時，為了節省空間，必定會遇到交錯(crossings)的結構。本篇研究探討光波導交錯時的各種結構以及各種設計之優缺點，並且提出新的設計；為了符合現有CMOS製程，選擇矽(n = 3.5)與二氧化矽(n = 1.46)為波導的材料，輸入光波導的高、寬只有0.25 μm，因為折射率差異較大，所以遇到交錯結構(crossings)時容易產生損耗(loss)；本論文提出的波導結構，在使用BPM模擬方法驗證下，當電磁波通過此交錯結構的穿透效率可以達到94%，製程上不需使用二次蝕刻技術，同時尺寸也比先前文獻提過的結構還要小，整體構造長度大約是8 μm，在不同的波長情況下，其穿透效率都不低於90 %。

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雷射退火法改善鈉離子導體電解式二氧化碳感測器之研究

化學感測器為微機電領域上的重要應用方向之一，而二氧化碳感測器對於室內空氣品質監控的應用日趨重要，電解質式二氧化碳感測器同時逐漸成為感測二氧化碳的主要方式之一。 本篇論文以微機電製程所製作之4 mm x 4 mm大小之感測器為主要研究元件，其包含碳酸鋰化合物 (Li2CO3) 為感測層、以及鈉超離子導體 (Na2Zr2Si2P3O12; NASICON) 為主要材料的電解質式二氧化碳感測器進行改良。在實驗過程中，設定一般之室內二氧化碳濃度以及對人體健康產生威脅之警戒濃度為主要的量測區間 (800~4500 ppm) ，以達到實用於室內二氧化碳濃度監控之目的。並以雷射退火法將感測器薄膜進行再結晶現象，透過改變鈉超離子導體之結晶邊界以及結晶大小，改善鈉超離子導體較為良好之導電性，因此獲得感測器解析度之改良效果。 在實驗結果中，將420 mJ之雷射能量、7雷射脈衝發數、1Hz脈衝頻率、第二次雷射退火之改良，以二氧化碳濃度區間1000~1700 ppm獲得39.62% 解析度之增加、以及1700~4500 ppm獲得103.38%解析度之增加為最佳實驗結果。並且在解析度獲得增加的同時，其數據之線性程度亦獲得增加。