臺北科技大學機電整合研究所學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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近年來，高介電材料/金屬閘極(HK/MG)堆疊技術大量的被應用在新世代的MOSFET上，因為其可減少等效氧化層厚度，解決在閘極介電層厚度微縮的情況下，所造成較大的閘極漏電流問題，並且可以提升驅動電流。但卻鮮少有探討去耦合電漿氮化(DPN)退火於不同退火溫度和氮濃度下，對閘極介電層之基本電性及漏電流特性的影響，因此，此方面為本論文研究重點。 本研究是使用聯華電子所提供28奈米製程的p型電晶體（pMOSFET），閘極氧化層是利用原子層沉積技術(ALD)製作氧化鋯鉿(HfZrOx)介電層。實驗的製程參數為不同退火溫度和氮的濃度。經由施加電壓一段時間後使其劣化，或是於不同的測量溫度來做對比，再依據所得資料，進行統計、分析實驗結果與溫度和施加電壓前後之間的關係，且探討不同退火溫度與含氮量之間的差異。 研究結果顯示，退火溫度(800~1000℃)及10%以下含氮量的電晶體，由於退火溫度較高，所形成的晶粒可能較多，使得閘極漏電流是最大的。而在經過加壓測試之後，發覺800~1000℃、10%以下含氮量的電晶體之閘極漏電流增加幅度最大。此外，在升溫測試中，看到閘極漏電流與閘極引發汲極漏電流都會隨著溫度升高而增加。
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目前，引用高介電係數(HK)的材料替換傳統的氮氧化矽(SiON)已成為勢在必行的做法，然而，隨著科技迅速的發展，閘極氧化層厚度仍面臨到漏電流可容忍的極 限，因此，人們勢必得發展出更新穎的技術，才能有效的克服閘極可靠度議題。 本研究採用聯華電子股份有限公司28奈米製程的晶圓做為實驗試片，利用三種不同氮化製程的晶圓做比較，閘極介電層則採用堆疊式的結構(氧化鋯鉿; HfOx/ZrOy/HfOz)，通道寬度一律採用1 μm做為實驗樣本，而通道長度分成三種尺寸做探討，分別為1 μm、0.12 μm、0.033 μm，操作溫度為: 25℃、75℃、125℃。 本論文是採用源極浮接的實驗方式進行探討，閘極由負電壓掃描到零伏特時發現，汲極電流曲線在閘極電壓為-0.62V時，有一個突出(kink)現象的產生，同樣條件下進行反向掃描，此現象卻出現在閘極電壓為-0.64V時，為確認此效應的原因，我們利用不同操作溫度進行實驗。結果顯示，此現象隨溫度的變化有一致的趨勢，皆隨著操做溫度的上升而往電晶體的反轉區(inversion region)移動。此外，我們也發現這個突出現象(kink)的產生與大量的閘極漏電流導致空乏區變化有著密切的關係，因此我們認為當VG = -0.62V時，汲極與基底的空乏區內產生類似電荷捕捉和釋放的行為，造成汲極電流瞬間有突出的現象。
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本研究目的為評估超音波影像分析技術結合自動調控腫瘤定位系統之可行性。由於呼吸運動會造成人體肺下葉與緊鄰肺下葉器官之位移，其中又以頭腳向的位移範圍最大，本研究定位腫瘤方式採以頭腳向的呼吸補償，就肺下葉及緊鄰肺下葉之器官進行呼吸位移補償。 鑒於呼吸訊號經超音波成像、影像分析與訊號傳輸過程有所延遲，本研究經一系列分析實驗，確立訊號傳輸處理之總延遲時間為0.254+0.023秒。為了彌補訊號之延遲時間，本研究於腫瘤定位系統的控制法則中設計領先補償器。藉由分析延遲時間及不同頻率的呼吸波形對領先補償器所造成的影響，發現固定整體系統的延遲時間，隨著呼吸頻率上升，控制器內的變數a值與後續的增益變大；當呼吸頻率固定，提高待整體系統的延遲時間，變數值a與後續的增益隨之提升。再以迴歸建表之方法，可獲得變數a值、後續增益分別與呼吸頻率之關係，用以進行呼吸補償的腫瘤定位。最終透過未補償之模擬呼吸訊號與自動調控補償後之訊號比較，以評估超音波影像分析技術結合自動調控腫瘤定位系統之可行性。其結果發現模擬呼吸訊號在不同的頻率0.5、0.333、0.25、0.2及0.167 Hz下經過領先補償器後，均有改善且具有相當穩定的結果。其中補償率提升範圍為7.04~18.82%，最後補償效果皆約為97%左右，故以超音波影像分析技術結合自動調控腫瘤定位系統是可行的。 本研究研發之超音波影像分析技術結合自動調控腫瘤定位系統具有以下四點優勢：1. 使用非侵入式觀察器進行主動式呼吸補償，無需使用有劑量之照影方式觀察體內器官之位移。2. 放射線治療過程中，結合自動調控腫瘤定位系統，可不間斷的進行治療，不影響整體治療時間。3. 自動調控腫瘤定位系統為獨立系統，可裝置於任一治療平台。4.使用者無須進行繁雜的操作，即可進行自動呼吸定位補償之功能。
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目前科技產品日新月異，加上攜帶式裝置盛行，產品都朝向極小化的趨勢，所以半導體IC也需要做得越來越小，來符合小型化的產品。而此時晶圓檢測的正確性也就越來越重要，可以提早將有問題的產品挑選出來節省生產成本，防止不良晶圓出貨，減少退貨費用的發生；由於半導體IC製作越來越小，所以晶圓上的鋁墊也越來越小，因此，如何增加測試的準確性，已經成為節省成本的重要課題。首先我們改變針測卡的加強圈外型，及變更固定座的材質，由此來探討探針z軸的高度變化，及x、y軸方向的位置準確性，可知道改變加強圈外型及固定座材質後的測試準確性是最高的，達到了最佳化的結果。接下來我們針對於針測卡冷針的問題進行最佳化實驗，我們可以找出中斷測試後，分別需要的解決辦法，可以避免冷針造成的縮針問題，減少檢測錯誤造成的產能損失。
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在冷卻應用上，我們只看到國外有針對二重反轉風扇的相關研究與論文，在國內，幾乎沒有針對此風扇的相關探討，就如DynFluid Lab於” Experimental comparison between a counter-rotating axial-flow fan and a conventional rotor-stator stage”所提到”在次音速的領域，很少有關兩組扇葉間混合流場的分析，因為探討兩不穩定流場間的相互影響是很困難的事。 二重反轉風扇的特色在於透過後扇的反轉，回收前扇流場的迴旋成份，使馬達產生更多的機械能轉換為壓力能，使風扇整體靜壓提高，於高阻抗的系統中為最佳的氣冷方案，如伺服器等應用。 本次研究我們將自製風洞，量測風扇的P-Q曲線，同時透過有限的數據，透視解析傳動風扇的直流馬達特性，探討馬達負載轉矩的變化關係，在研究中可發現直流馬達為一線性的能量放大器，可使風扇的靜壓與風量乘積等比放大或縮小。 我們以馬達轉矩等比法來估算全扇中，前扇及後扇各別的P-Q曲線，再將此各別P-Q曲線的靜壓值疊加，估算全扇P-Q曲線，我們可發現改變直流馬達的轉矩常數，可以改變前扇及後扇的靜壓值，使全扇的靜壓曲線呈現一平整的靜壓區。
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機械人服務於社會與人類一直是機械學者們共同努力的目標，因此各種機械領域的研究人員都積極的投入研究，本論文也為此目標的達成，以視覺領域來盡上一份心力。 當Xbox在2010年正式推出後，Microsoft讓機械視覺的研究推升到一種新的層次，之後甚至將Kinect for Windows SDK不藏私地公布於世，並讓有興趣的開發者能盡情的發揮。這樣新穎的技術工具取代一般CCD，讓研發人員有了最棒的得力助手。 本論文是以C#來撰寫，使用WPF的開發環境，搭配上Microsoft於Kinect for Windows SDK 1.8版的開發資料庫，和從1.5版後所提供的Developer Toolkit，並且運用其公開的開放來源來撰寫本研究。 程式結構以深度串流和骨架資訊為基礎，擷取出人臉辨識所需的資料串流，以及手指基礎動作辨識的判定；運用人體關節點座標系統，自行開發姿態判斷，設計特定姿態以達成目標訊息，得以完成機械人與人體互動的訴求。
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本研究旨在於開發一種具有壓力感測之七自由度三指機械手，依功能性、可靠度、體積縮小化之設計目標，針對機械手各部進行機構設計與優化，為其選配並計算適當的驅動馬達齒輪組、蝸輪蝸桿組、皮帶與皮帶輪組及正齒輪組作為傳動系統，再使用電腦輔助設計軟體SolidWorks與電腦輔助分析軟體ANSYS進行設計並模擬分析，最後將實體開發完成。並使用電容式壓力感測器作為機械手掌之觸覺，以確定機械手碰觸到物品。 本設計之七自由度三指式機械手，具有高自由度、體積小及觸覺感知之特點，可順利展現多種基本抓取姿態，並以細膩的仿人動作及合適的抓取力道，提供被照護者安全互動及適當的需求。
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工具機在加工時，會產生的空間誤差共有21項，在現今工具機的補償辦法中，空間誤差的補償僅補了 、 、 ，因此成效有限，又若使用了市面上的空間誤差補償工具，一套設備則要價不斐。因此本研究透過選用反覆學習控制補償軟體的方式來降低成本並使這套軟體的適應性增大，達到可在各式機台中使用並價格便宜的作用。在補償過程中，先是透過了初步的軟體補償將節距誤差由誤差表格的內插法計算得到並進行加工命令補償，而後再利用反覆學習控制在有限的次數內找出最小空間誤差之補償指令。透過模擬一與模擬二來證實模擬軟體之效用；其中模擬一的空間誤差收斂度最高可達88.8%，而模擬二模擬螺旋路徑運動情形，空間誤差收斂度達82.6%，皆是相當不錯的數值，接著透過實際切削的三種實驗進行空間誤差軟體補償驗證，實驗三證實補償成效至少可補正12.99%的誤差，至多可補正98.9%的誤差，且誤差變化情形與量測所得的空間誤差表一致，因此可知本研究之反覆學習控制補償軟體應用在空間誤差上有顯著的效果。
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本研究主要探討渦卷膨脹器應用於有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle, ORC)的性能及匹配性分析，並利用CFD技術探討其內部流場行為；其研究方法主要分為實驗及數值模擬。實驗分為三階段，第一階段將體積比2的渦卷膨脹器於ORC中做各項機械摩擦測試、內部洩漏測試，並利用膨脹器效率為指標探討各項損失對膨脹器性能之影響；第二階段實驗使用入口過熱度做為控制變數，使用Vr_2與Vr_4之渦卷膨脹器進行實驗，其膨脹器效率隨系統過熱度增加而上升，並且發現最佳的過熱操作溫度為12?C；第三階段的實驗，使用Vr_3的渦卷膨脹器進行出口壓力對性能的影響，發現出口壓力愈高時其效率愈佳；最後利用三種不同Vr的渦卷膨脹器於ORC系統在不同膨脹器出入口之間的壓力差與膨脹器轉速進行性能測試，目前測得膨脹器最高效率為79%。在CFD模擬部分與實驗值驗證後，首先以壓力分佈圖探討渦卷膨脹器內部行為與現象。發現在Vr_2的膨脹器中，存在壓力不平衡的現象；另外在同樣壓力差下，愈高體積比的渦卷膨脹器於膨脹過程中，壓力下降的趨勢會愈來愈高。第二階段使用R134a與R245fa作為工作流體，以Vr_4的渦卷膨脹器作比較，發現在使用R134a時可得到較高的效率及輸出功率，但是在膨脹器出入口之壓力差不夠時會出現過膨脹現象(Over expansion)，最後更改體積變化率探討在相同體積比與吸氣體積對膨脹器之影響，其膨脹器效率隨體積變化率增大而變小，並且由壓力分佈圖得知，愈高的體積變化率使得壓力分佈趨勢會下降的愈快。
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本研究是透過實驗方式分析用過燃料池 (Spent fuel pool, SFP)模型之冷卻能力，由單燃料束實驗結果可求得計算流體力學軟體中多孔性介質所需之係數，並驗證實驗與模擬結果。在被動式移除熱實驗中，幾何形狀變化對於自然對流效果影響較大，如改變模型底部空間，使全池溫度降低，溫度降低幅度最大約為55˚C，而底板孔洞減少，全池溫度增加，溫度升高幅度最大約為70˚C。SFP模型上方安裝灑水噴頭，可加強散熱效果。靠近SFP模型邊緣的區域，被噴灑的量較少，不能忽視這個區域的冷卻散熱；而電熱棒束的中心溫度較高，必須加強灑水散熱，而越靠近模型中心，蒸氣流動速度越快，可移除的熱量較多。由全池溫度超過300˚C之電熱棒數量越少，表示灑水量充足。經由實驗結果，越早開始噴灑冷卻SFP模型，可使平均溫度及最高溫度降低，甚至可降低實際燃料池鋯水反應發生的機率。