• 學位論文

利用二維陣列自組裝奈米小球提升太陽能電池之效率

有效降低光在表面的反射率是提升太陽能電池效率的一個重要的課題，許多研究針對整體電池結構上的改變來尋求反射率的降低進而使入射的光子變多。 在本篇論文中，我們發現到具有奈米結構的光二極體有較低的載子傳輸時間以及較低的反射率，其中奈米結構是透過奈米小球微影術所製成。 接著我們將二氧化矽奈米小球旋轉塗佈在太陽能電池的表面上，因此電池的整體結構並不會改變。這是一個較為實際且有機會導入業界的方法。此二維的奈米小球陣列將會提升包括垂直入射時以及斜向入射時的太陽能電池轉換效率。這個改善是由於此二維陣列產生了利於光子傳導的模態，使得入射光子導入吸收層的數量增加，意即有效的減少了光反射率。 我們也發現到此二維陣列對於電場垂直極化的光有較大的提升而對磁場垂直極化的光幫助則較少，正好可以彌補電場垂直極化的光在光學上反射率較高的問題。若奈米小球可被塗佈於更大面積，則有很大的機會可被導入業界。

• 學位論文

高電阻溫度係數材料細胞色素C在紅外線感測應用之研究

隨著紅外線熱影像的發展，愈來愈多應用逐漸由軍事應用轉移到商業應用如工業監測、車用夜視、遠距醫療照護等。在紅外線熱影像儀中，紅外線光學系統、感測焦平面以及信號處理電路都是被廣泛研究的對象。而其中感測焦平面更是非常重要的元件。焦平面一般而言分為致冷式與非致冷式，其中非致冷式因為有體積較小、成本較低的優點，且在效能表現上也漸漸能夠符合一般商業應用的緣故，因此我們將發展重點鎖定在此種類型的紅外線感測元件上。在非致冷型紅外線感測器中，熱阻式感測是一很重要的分支。由於熱阻式感測器藉由溫度改變造成的電阻改變來得到外界的熱影像訊號，因此其上的感測薄膜必須擁有高電阻溫度係數，才能在微小的溫度變化中得到較大的訊號。在這篇論文中，我們研究了一種新的感測材料-細胞色素c，並且由測量其電阻對溫度的變化，証明此薄膜擁有高電阻溫度係數。我們並且提出了一種新的結構，由SU8正光阻所構成，模擬其作為感測器能有的靈敏度。我們希望這個方法能提供一個低成本的紅外線熱影像儀的解決方案。

• 學位論文

摻鈦藍寶石寬頻晶體光纖光源之製備與檢測

使用雷射加熱基座長晶法長出摻鈦藍寶石單晶光纖，並取得最佳製程。單晶光纖可藉由雷射退火和高溫環境爐退火，解決鈦離子氧化問題，並提升晶體品質，以高溫環境爐使用5%氫氣95%氬氣在最高溫1550 oC持溫三小時有最佳的退火成效。 針對雷射加熱基座長晶法成功生長出來的單纖衣摻鈦藍寶石晶體光纖與雙纖衣摻鈦藍寶石晶體光纖，使用雷射掃描量測折射率法藉由端面反射強度得出晶纖端面個別折射率值，再經電子微探儀加以確認離子濃度分布與取得高倍率(5000 X)晶纖端面照，確認雙纖衣摻鈦藍寶石晶體光纖的內纖衣層成份是由氧化鋁與石英玻璃混合而成，但由於氧化鋁與石英玻璃互熔效果不佳，在內纖衣層存在有許多微米等級大小的氧化鋁微顆粒，並在纖芯與內纖衣層界面造成嚴重的表面散射，量測單纖衣與雙纖衣晶纖的波導結構傳輸損耗分別為0.2 dB/cm和3 dB/cm，故單纖衣晶纖為目前適合的波導結構。 以532-nm綠光雷射幫浦單纖衣摻鈦藍寶石晶纖，可得到寬頻輸出功率15.6 mW，斜線效率0.74%，使用446-nm藍光二極體雷射幫浦，得到2.45 mW輸出功率，斜線效率0.62%，其輸出光譜中心波長760 nm，半高寬為181 nm，應用於光學同調斷層掃描術具有1.5 μm的縱向解析度，又因光譜接近完美高斯分布，干涉訊號旁瓣極小，縱向畫素間cross talk值非常低。

• 學位論文

外腔式摻鉻釔鋁石榴石雙纖衣晶體光纖雷射

頻域光學同調斷層掃描技術，(frequency domain optical coherence tomography; FDOCT )具高速掃描、高解析度以及掃描深度不再受限於光程改變之範圍等優點，FDOCT已成為現今之生醫光電領域與醫學研究已成為極重要之三維成像技術，而該技術所使用的光源為寬頻光源或是可調波長雷射，本論文以摻鉻釔鋁石榴石晶體光纖作為增益介質所研製出的晶纖雷射具備體積小、低閥值功率等優點，具有極高的潛力發展成FDOCT的系統光源。 我們藉由光學鍍膜技術於晶纖兩端鍍上高反射薄膜作為共振腔而產生雷射輸出，雷射的閥值功率為61.9 mW，是Cr4+:YAG雷射文獻中最低的七分之ㄧ，斜線效率可以達到7.75%，為了在腔內插出調頻元件，更近一步將系統共振腔拉長成為外腔式雷射系統並以球面鏡來作為輸出耦合透鏡，雷射輸出的斜線效率亦可達到6.65%，雷射的閥值功率為102.35 mW，同時以實驗來分析驗證雷射系統的損耗與傳輸模態，並透過雷射效率的模擬程式來計算出外腔式雷射系統的往返損耗，計算的結果為0.465 dB，系統可以額外承受的損耗為0.295 dB。 本論文提出兩種調頻雷射的架構，分別是V型外部共振腔調頻雷射系統與線型外部共振腔雷射系統。我們透過模擬分析來計算系統的往返損耗，評估哪一個架構較適合以實驗來驗證。V型外部共振腔調頻雷射系統的往返損耗為0.959 dB，若採用此系統晶纖長度至少要大於4 cm才可以產生雷射輸出;線型外部共振腔雷射系統往返損耗為0.755 dB，若採用此系統晶纖長度只要大於2.7 cm就可以產生雷射輸出，此外，線型共振腔系統架構也較簡單，所以實驗上採用線型架構作來產生可調波長雷射輸出。

• 學位論文

利用氧化鋅奈米柱發光二極體發展腫瘤偵測技術

近年來由於氧化鋅獨特的光學特性，氧化鋅奈米結構得到高度的重視，包括在室溫下3.37 eV的高能隙和60 meV的激子束縛能(exciton binding energy)。而在眾多的奈米結構中，一維氧化鋅奈米柱更是被廣泛的使用在不同的應用領域之中，如短波長發光二極體(light emitters)，場發射器(field emitters)，發光元件，紫外光雷射以及太陽能電池。 而在眾多的應用領域中，一維氧化鋅奈米柱在生醫科技中更是相當具有潛力的一種材料。由於一維氧化鋅奈米柱在各種生物分子中有著相當穩定的性質，不容易與生物分子產生化學作用，以及相當高的生物相容性，這都使得一維氧化鋅奈米柱成為當今的熱門研究材料。除此之外，一維氧化鋅奈米柱可以藉由各種成長方式來製備，包含金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)、脈衝雷射蒸鍍技術(pulse laser deposition)以及射頻磁控濺鍍(RF magnetron sputtering)等。而在本篇論文當中，我們則利用水熱法的方式將一維氧化鋅奈米柱成長於藍寶石基板和矽基板。 本文提出了具高光指向性之紫外光氧化鋅奈米柱發光二極體。藉由低溫的水熱法成長氧化鋅奈米柱於p型氮化鎵上，並在其介面加入一氧化鎂電子阻擋層，透過此結構之設計，電子能夠有效的被阻擋於氧化鋅側並與電洞結合，成功做出具有398nm近紫外光波段放光之奈米柱發光二極體。同時更進一步量測奈米柱在低溫之下之電激發光光譜，並對元件發光強度隨溫度下降而減弱以及波長峰值隨溫度變化而藍移之效應提出載子穿隧模型與溫度對能隙關係加以解釋。 接著，我們利用氧化鋅奈米柱獨特的發光性質應用在癌症細胞的偵測。在現今的癌症偵測技術中，螢光染色法是最為普遍的其中一種檢測法。然而，螢光染色法存在許多的缺點，例如螢光衰退、螢光顯色的限制與細胞自體螢光分辨上的困難，這些都使得在手術過程中難以達成癌症細胞的即時檢測。 有許多團隊利用量子點並藉由表面改質的方式來解決這些困難，然而量子點在製備以及表面改質都的過程不僅會改變本半導體特姓，並且製程昂貴。為了克服這些困難，我們利用半導體光源來替代有機螢光物質。藉著利用氧化鋅奈米柱作為細胞標記，將氧化鋅奈米柱接合上抗體之後，用此標記接合上癌症細胞。我們先行利用IgG 抗體作為對照測試，在不同的條件以及抗體濃度下完成氧化鋅奈米柱與IgG抗體之接合，並藉由間接染色法來確認抗體的連結特性，並且發現氧化鋅奈米柱對抗體之特殊接合能力。由於氧化鋅奈米柱有很高的親和力（Affinity），並且更大的表面積對體積之比值可以提供更多的抗體接合位，故抗體與之有相當強的接合力。在確認氧化鋅奈米柱與IgG抗體的接合能力後，我們便使用EGFR (epidermal growth factor receptor) antibody 取代IgG抗體，EGFR antibody是近年來研究癌症細胞的重要議題，多數的癌症細胞對EGFR有很高的表現，因此利用EGFR antibody 可以容易的對癌症細胞做檢測。藉由結合EGFR antibody 的氧化鋅奈米柱作為癌細胞偵測標記，當此標記自動結合癌細胞上的EGF receptor，我們再利用氧化鋅的光學性質特性來檢測帶有此標記的癌症細胞，藉以達成高偵測性的癌症檢測。

• 學位論文

自組裝分子修飾之銀電極有機五環素場效電晶體探討

在本論文中，主要為自組裝分子修飾之銀電極有機五環素場效電晶體的電性探討。利用調配不同比例的自組裝分子(HDT和FDT)可以成功地修飾銀電極，使銀的功函數和金的功函數極為匹配。由自組裝分子修飾後之銀電極下接觸式有機五環素場效電晶體的載子遷移率可達到0.21 cm2/ Vs，此載子遷移率已超越一般金電極下接觸式的有機五環素場效電晶體。而自組裝分子修飾之銀電極下接觸式有機五環素場效電晶體的臨界電壓比起金電極下接觸式的有機五環素場效電晶體也明顯地大幅度減小。由介面光譜分析可知，經自組裝分子修飾過後，銀電極和有機五環素之間的電洞注入能障大為減少。修飾後銀電極下接觸式有機五環素場效電晶體的飽和汲極-源極電流、載子遷移率等特性皆比金電極下接觸式有機五環素場效電晶體好，主要歸因於有機五環素和電極之間的電洞注入能障減小以及有機五環素在電極和二氧化矽絕緣層成長的晶粒大小差異不大且可視為成長連續的一層薄膜。

• 學位論文

微奈米小球之組裝與應用研究

本論文中以旋轉塗布結合過水轉印法（Spin with Water-Transfer）製作出微奈米小球自組單層膜（Micro/Nano-Sphere Self-Assembled Monolayer），並將微奈米小球單層膜應用於染料敏化太陽能電池（Dys-Sensitized Solar Cell）以提升其電性表現及電池效率。 使用微奈米小球單層膜利用微奈米小球微影術（Nanosphere Lithography），以蒸鍍方式製作出二氧化矽奈米結構，並將此奈米結構蒸鍍上白金，做為染料敏化太陽能電池之白金對電極（Platium Counter Electrode），經實驗結果可以發現太陽能電池電壓電流特性（Current-Voltage Characteristic）、光電轉換效率（Incident Photon to Current Conversion Efficiency）、電化學阻抗（Electrochemical Impedance）等等電性特徵較一般太陽能電池佳。為使染料敏化太陽能電池之電性表現達最佳化，本研究以不同尺寸之奈米小球，及不同尺度之奈米結構進行實驗，結果顯示應用微奈米小球製成奈米結構之電池，其電池效率最多可提升27.3%。此外，採用旋轉塗布結合過水轉印法製作微奈米小球單層自組膜，可以簡單之製成方式製作大面積且缺陷較少之小球單層膜。 利用微奈米小球自組單層膜製成之奈米結構，本研究所研製之染料敏化太陽能電池已成功增進多項電性表現，進而提升電池效率。微奈米小球自組膜除了在太陽能電池的應用之外，在未來亦可應用於更多領域之發展。

• 學位論文

無線充電之感應線圈耦合與電路分析

近年來可攜式電子產品之普及化，使相應充電裝置之安全性與便利性逐漸成為消費者購買的考量因素之一。傳統的有線充電裝置除纜線影響美觀、使用上便利性較低外，尚有電線走火、觸電等安全問題。有鑑於此，無線充電裝置之發展帶來了嶄新的開端，減少了纜線之束縛，將可攜式電子產品放置於充電平台上即可安全且方便地充電是其主要特色，然而由於少了纜線作為輸電媒介，電力傳輸效率是一大關鍵問題。因此，本論文係對無線充電裝置之感應電路進行分析研究，以無線充電聯盟規範之電路為基準，分析各級電路之有效功率傳送效率，並使用電磁模擬軟體Maxwell 3D對電力傳輸之關鍵──感應線圈模擬其耦合係數。電路部分以傳送及接收電路為主，在頻域上分析諧振電路在前後級阻抗間之電力傳送效率。模擬部分主要在於研究兩種結構──立體纏繞式和平面纏繞式線圈對耦合效能之影響，並加入磁性屏蔽層模擬耦合係數之改善效率。最後實際繞製兩種結構感應線圈驗證模擬所得到之結果並計算簡化電路之傳輸效率。

• 學位論文

利用二維光子晶體提升氮化鎵發光二極體效率

近年來利用光子晶體當作繞射光柵解決氮化鎵發光二極體萃取效率不佳和發光場型的問題相當普遍，但是多數的研究為了避免破壞多層量子井，都是將光子晶體做在氮化鎵的表面，這樣的結構只能萃取出材料內的高階模態，而具有高能量的低階模態則因為和光子晶體作用的範圍很小則無法有效被萃取出來。這樣的結構使得利用光子晶體來增加發光二極體的效率非常有限。 在本篇論文中，我們利用電子束微影將二維光子晶體做在發光二極體發光區的周圍，並蝕刻到多層量子井形成奈米洞陣列。這樣的結構有效的將材料內部往側向的低階模態與光子晶體作用因而被耦合到空氣中增加萃取效率。隨著奈米洞陣列越大，傳導模態與光子晶體作用的越好，萃取效率越佳，直到40 μm的奈米洞陣列讓萃取效率發生飽和。藉由光子晶體的參數設計(不同週期與直徑)還可以達到不同的萃取效率以及發光場型的變化。週期/直徑為400/320 nm的元件在垂直於元件表面(90度)的方向中有很高的指向性可以達到31.5 %的光強度增加；而在週期/直徑為400/280 nm的元件中在75度的方向上有很高的指向性可以達到21.7 %的光強度增加。 延續上個實驗，接下來這個結構除了在二極體發光區周圍有奈米洞陣列把低階模態耦合出來，我們在氮化鎵表面也做了光子晶體破壞全反射，讓原本在材料理面的傳導模態全都有效的被耦合出來。我們將這個新穎的結構和一般使用光子晶體的發光二極體(只有表面做光子晶體)做比較，可以發現這個結構可以達到56 %的光強度增加，而一般光子晶體的發光二極體則是只有40%的光強度增加。從量測與模擬的結果印證了我們的想法，多了奈米洞的陣列可以萃取出來往側向行進的低階模態，而不再僅限於只有高階模態的取出，這是一般使用光子晶體的發光二極體所無法達到。

• 學位論文

從變跡準相位匹配探討大頻寬綠光倍頻鈮酸鋰晶片之研製

本論文主要以非線性晶體鈮酸鋰及摻氧化鎂鈮酸鋰為材料，藉由在晶體中研製出週期性極化反轉結構，產生一光柵動量，使1064nm紅外光因準相位匹配而倍頻輸出綠光。 吾人以高壓致極化反轉之方法，於0.5mm鈮酸鋰上完成變跡區段啁啾結構。憑藉本實驗室0.5mm鈮酸鋰之穩定製程，改良其步驟，以反向製程在厚度0.75mm鈮酸鋰上研製出一維週期性極化反轉結構。至於摻氧化鎂鈮酸鋰方面，吾人在厚度為1mm晶體上，利用定電流完成準一維一階綠光週期結構。為克服摻氧化鎂鈮酸鋰一維一階週期性結構製作上之困難，放棄傳統液態電極方式，使用高溫矽油加壓法，於0.5mm摻氧化鎂鈮酸鋰之表面研製出一維一階綠光週期性結構。光學量測上，於0.5mm鈮酸鋰變跡區段啁啾結構進行倍頻實驗，測得溫度頻寬