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奈米壓印微影技術實作二維光子晶體元件

目前光子晶體在光學及光電領域的應用非常廣泛，隨著世界各先進在光子晶體領域不斷鑽研與大量心血的投入，光子晶體元件的設計與製作技術已愈趨精良，然而，為了要讓光子晶體元件真正邁入實用的里程碑，得思考如何簡化製作流程、提高其生產效率，進而達到降低生產成本的目標。因此，本論文致力於以奈米級線寬微影技術應用於光子晶體元件的設計與製作之研究工作。 本實驗係以SOI (Silicon On Insulator) 為基板材料，使用新興的二種奈米級微影技術: 分別以電子束微影技術實作光子晶體波長分波器，及使用奈米壓印微影技術製作光子晶體極化濾波器。其中波長分波器是針對1.55μm和1.31μm二種波長作設計，具有解調分離訊號的功能; 而極化濾波器則是針對TM極化的光波作設計，具有光通訊用寬頻段的濾波功能。 在奈米壓印製程部分將從選擇製程材料緣由談起，將製程中各個步驟所遭遇的問題詳細說明探討，並研析解決方法。在量測部分，使用波導量測系統進行量測工作，由頻譜分析圖得知波長分波器的分波效率與模擬結果相符，有效表現出分離光波訊號的功能; 在極化濾波器部分，其數據顯示光子晶體結構可確實發揮出極化濾波的功效。經本文探討結果，証實上述兩種微影技術已經可以實際應用於奈米級線寬元件的製作工作。

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缺陷改善效應以及環境應力測試對於GaN p-i-n 紫外光偵測器之影響

在本篇論文中，我們介紹並製作出一系列各種不同改善結構之GaN紫外光偵檢元件。首先我們利用AlGaN/GaN超晶格結構用以改善GaN p-i-n UV-A sensor 元件特性，運用此結構不僅能夠減少長晶薄膜之間的內應力及防止裂痕；同時阻擋並減少螺旋差排向上延伸，元件的磊晶膜品質、載子的遷移率、缺陷密度等均獲得改善，而利用此結構成長的元件不僅暗電流降低；同時紫外光/可見光的對比值均相較於無超晶格結構者為佳。 而在另外一方面，GaN p-i-n UV-A sensor成長於ELOG之上的結構設計，不僅降低了元件螺旋差排之缺陷,有效降低了暗電流的產生；同時亦增加了紫外光波段的響應值以及紫外光/可見光的對比值，利用此結構成長的元件操作特性均相較於無ELOG結構者為佳。研究結果顯示GaN薄膜生長在1度偏角度基板之上有較低的缺陷密度並呈現出較佳的薄膜品質，我們將GaN紫外光偵檢元件結構成長於1度偏角度基板之上發現元件暗電流降低了約二個數量級，紫外光波段的響應值提昇了約20%，因此生長在1度偏角度基板的元件操作特性均相較於無偏角度基板成長元件為佳。 在AlxGa1-xN/GaN元件UV-B波段(310nm)的量測方面,我們採用了p-AlxGa1-xN漸變層的結構設計(Al成分由0.26漸變至0.13)漸變至表層薄的p-GaN磊晶層,則p-GaN之缺陷密度及接觸電阻值均獲得有效降低，元件的暗電流降低了約二個數量級；在此同時光響應值在紫外光波段提昇了約50%，利用AlxGa1-xN漸變層的結構設計製作出來的元件操作特性均相較於無漸變層的傳統結構設計為佳。 我們同時提出了GaN p-i-n UV-A sensor在環境應力測試之下對元件所造成的影響，我們發現暗電流並不隨著溫度增加而提升；然而經過多次的靜態耐電壓測試(ESD)除了會造成元件暗電流的提升；同時降低紫外光波段的響應值及紫外光/可見光的對比值，這是造成元件劣化的主要因素。再者，我們將元件分別經過靜態耐電壓測試 (ESD)、高溫(HT)、以及高溫高濕(HTHH)測試，我們仍然發現靜態耐電壓測試(ESD)對於元件所造成的影響均相較於高溫(HT)以及高溫高濕(HTHH)測試影響來得大；最後我們進行元件的崩潰電壓測試，而在逆向偏壓4500V將會造成元件的失效；而在元件封裝上方面GaN p-i-n UV-A sensor外表批覆矽膠(silicone)以作為保護層，同時設計了PCB電路板作為光訊號處理模組並且搭配一顆9V電池，完成了單一GaN UV single sensor的元件製作。 最後在紫外光陣列(FPA)製作方面，首先我們簡單完成了單一陣列128x1以及5x5 FPA小陣列試製，用以驗證大陣列FPA製作之可行性，最後我們完成了大面積128x128 GaN p-i-n UV FPA並搭配了Indigo Readout Integrated Circuits (ROIC) 顯像讀出電路可以偵測到明顯的紫外光平面UV影像。

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對於長解碼長度可降低其記憶體使用的低密度同位檢查碼解碼器設計

由於低密度同位檢查碼 (LDPC) 的編碼增益接近向農 (Shannon) 極限，而且在解碼程序上，LDPC擁有低複雜度的特性，所以在近年來受到廣泛的討論。也因此LDPC被許多標準認定為是相當傑出的錯誤更正碼進而被使用在很多不同的通訊應用上，例如：數位衛星電視(DVB-S2), 無線區域網路MIMO-WLAN (802.11n), 無線都會網路WMAN (802.16e)和行動寬頻無線接取技術(MBWA) (802.20)等等。在演算法上，LDPC解碼是使用訊息傳送的演算法，使用這樣的演算法在硬體實現上必須使用記憶體來儲存交換的訊息，而所需要的記憶體量跟同位元矩陣（H matrix）中所包含1的數量有關。換句話說，當同位元矩陣的長度越長或矩陣的大小越大則所需要的記憶體量就會越多。在此篇論文，我們提出了一種方法跟架構去減少記憶體的儲存量，而且這樣的一個方式在同位元矩陣相當大的應用—DVB-S2會有相當多的記憶體節省量。

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以微控制器為基礎的智慧型跑步機系統研製

本文旨在建立以微控制器為基礎的智慧型跑步機速度控制系統，利用馬達反電動勢經由濾波電路得知負載資訊，而分析出跑者的步態包括體重、步頻、步幅等，並以所得步態資訊，判斷出此跑者是否想加速或減速，而自動作速度調整，毋須透過按鍵選擇。 速度回授方面，使用光遮斷器檢測轉速，透過單晶片內建表格（Table）查表，得到當前跑步機轉速，與目前速度命令比較，經過比例控制器，完成速度控制。 負載量測方面，由馬達電源端直接拉取訊號，經過濾波電路得到負載資訊，包括跑者體重、步頻、步幅等等；利用所得負載資訊，判斷跑者加減速之意願，而自動改變速度命令，改變傳統速度命令由按鍵輸入的窠臼，完成智慧型跑步機系統。 本論文提出之系統亦可透過安裝壓力板於底部、視覺回授、或是跑者血壓脈搏量測等來實現，不過皆屬外加機構，成本過高，不適合做為商品化考量，因此可知本系統在業界應有很高的應用價值。

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數位式氣喘尖峰氣流量監測系統設計

最近研究指出，氣喘病情不能有效控制，其中重要因素之ㄧ為病人不能與醫生實際配合控制。此乃因為傳統氣喘的監控方式是利用紙本紀錄好尖峰吐氣流量資料，並將資料交給醫生，再由醫生來做診斷。由於氣喘是屬於慢性疾病，因此需要長期的監控才能控制好病情。可是病人常在病情好轉之後便沒有照醫生指示去控制氣喘，而導致治療效果受到影響甚至死亡。因此本研究的目的是要建立一套數位式氣喘尖峰氣流量監測系統，藉由個人數位助理 (PDA) 及網路傳輸，能讓氣喘病人與醫生透過這樣的監測方式來改善其氣喘症狀。 此系統是以Windows CE 為作業系統之PDA為主體，使用由ADInstruments公司(Sydney,Australia)所設計的呼吸流量器將氣喘病人吐氣之尖峰值轉為類比電壓，而此類比訊號透過單晶片處理器轉換成數位訊號，再藉由串列埠傳輸至PDA。氣喘病人可將其尖峰吐氣資料存放在設計好的PDA資料庫內，同時也可利用PDA接上電腦做同步資料傳輸或透過無線網路方式，將PDA內部的資料與遠端醫生之電腦同步更新。醫生也可藉由本研究所開發之軟體介面，發送簡訊給病患。在此模式下，病人與醫生不僅不會受到時間與距離的限制，而且可以達到氣喘病人病情之監測與改善的目的。

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適應性模糊滑動控制器設計及其應用

本論文針對一般具有不明確的動態非線性系統，提出具有適應性的模糊滑動控制器，以滑動曲面當作模糊邏輯控制器的輸入並採用直接型的調整法則與間接型的調整法則來調整控制器的後件部參數，來達成系統穩定的目的。同時並使其系統具有強健性與適應性。 大略可以分成以下三點: 1.在降低輸入變數方面，設計以距離型為基礎的模糊輸入類似模糊滑動模態控制器，並基於李阿普若夫穩定性定理來推導出模糊調整律並應用於具有不明確的混沌系統中。所設計的調整法則是針對距離型為基礎的模糊滑動控制器來調整後件部參數，並結合盲區(dead-zone)的特性使得調整法則具有強健性。 2.針對欠驅動四階的非線性系統提出解耦合適應性模糊邏輯控制器，除了近似系統的理想等效控制器外還改善滑動模態控制器中抖動現象。在欠驅動非線性系統方面，引用解耦合方式來處理，藉由兩個子系統滑動模式所建構出一個滑動曲面來當作模糊邏輯控制器輸入，並藉由李阿普若夫來推導出調整律，以調整控制器的後件部參數，並藉由估測方式來推導出抖動控制器的增益大小。同時針對系統動態的性能，以控制命令當作輸入經由模糊推論來調整兩個子系統的滑動向量以求得適當值，進而改善系統的性能。 3.針對多輸入/多輸出的雙軸機械手臂系統來設計兩個單輸入/單輸出的適應性模糊滑動控制器來完成控制目的，所採用方法是以滑動曲面當作模糊邏輯的輸入並以間接式的調整法則來近似系統的未知參數，而系統中的近似誤差或是外來干擾會對追蹤誤差有所影響。所以結合 控制觀念抑制這些干擾，當系統的所有狀態和訊號均是有界時，近似誤差或是外界干擾對追蹤誤差可以被設定到一可接受範圍值內，而達到所期望的性能反應。 以上針對單輸入/單輸出的混沌系統、單輸入/多輸出的欠驅動系統與多輸入/多輸出的機械手臂系統來模擬以說明方法的可行性，並驗證系統的適應性、強健性與穩定性。

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使用最小能量原理來改進電腦輔助藥物設計中的分子對接技術之研究

這篇論文的研究目的是提出一些新的電腦圖學技術與計算方法來解決電腦輔助藥物設計的問題。本論文以幾何、能量與活性等三大方向來探討如何使用最小能量原理來改進電腦輔助藥物設計中的分子對接過程之效能，加速藥物設計時程與降低研發成本。從美國疾病管制局2004年的研究報告中可以說明流行疾病盛行，各種藥物設計必需再加快時程與研發數量。在很多的藥物研究報告中也發現，電腦輔助藥物設計最大的挑戰是分子對接過程，在本論文中我們以最小能量原理為解決問題的主軸。首先從幾何搜尋方面著手，本研究是以受體為基礎，除了比較四種不同的受體特性外，並以研究如何快速模擬蛋白質的摺疊開始，我們提出了改良式遺傳演算法來加速接合位置的幾何搜尋；再來以能量為研究重點，在實驗中使用李亞普諾夫函數中的穩定理論來降低接合位置數以便進一步增進分子對接的效能，並且使用NURBS曲線中的插入頂點與權重調整來加速分子系統達到最小能量狀態。最後我們以各種不同的藥物受體模型來做電腦模擬計算，利用最小能量原理判斷出接近全域能量最小的區域之對接狀態的穩定度，並對其各種分子活性進行評估，研究各種分子對接中的各項活性，從中瞭解分子力場各元素的貢獻度，也成功地驗證出本論文所提出的方法。 本研究導入目前實驗準則X-ray及RMSD的標準，也驗證我們的電腦模擬之結果是否在容許誤差範圍內，並提出Michel，David， Denical，Abraham等人的相關研究來佐證我們的研究之基礎。我們在論文中所提到的模擬環境是以AMBER力場及Ullman''s演算法為基礎，在模擬的過程中探討每一時刻特徵值λ的物理意義，比較各個不同對接點之表現結果，分析藥物受體模型中的蛋白質的摺疊和各種鍵結力之影響。在經過了蒙地卡羅，退火演算法，遺傳演算法及改良式遺傳演算法等四種最佳化搜尋方法的實驗後可知，我們所提出的改良式遺傳演算法來執行接合位置的搜尋及完成分子對接程序最快，引用Pegg和Camila的兩篇研究報告作比較，得到較接近全體能量最小值及算術過程之收斂時間快1.16小時。本論文亦研究藥物受體互動模型中的親合力係數之測量，除了判斷藥物與受體的關係是增效或對抗，也知悉分子擾動中那一種對接的活性較強。 根據之前我們所出版的研究論文，我們使用創新的WebDeGrator繪圖系統來建立分子對接過程中的電腦模型。使用藥物受體互動模型，以八個配體及HIV 蛋白脢受體為模擬對象做分子對接而得到一些特性結果。最後，在論文中對於最佳解，分子對接及蛋白質摺疊相關議題也將詳細分析與研究。跨越各種不同研究領域，例如結合生物學，資訊科學，系統學及化學等來解決生物資訊的各種新興的議題將是未來最強有力的解決方法。

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適用於地面式數位電視廣播系統之平行架 構記憶體式快速傅立葉轉換處理器設計

由於通訊系統與網路的普及，使得人們對網路的依賴度越來越高。近來無線 網路的發達，解決了有線網路的不便性，可以無所不在自由的上網，加深了大眾 對無線網路的渴望，因此又造就更多的無線通訊系統，衍生出各式各樣的無線應 用，無線通訊已成為未來不可或缺的重要技術。 在現有的數位通訊系統中，正交分頻多工系統(OFDM-Orthogonal Frequency Division Multiplexing)是最常被拿來使用的調變技術，如: ADSL、DVB、802.11a 等等。OFDM與其他單載波調變系統最大的不同是它採用了多載波的調變技術， 每個載波間皆為正交，大大節省了頻寬，提高單位時間的傳輸量。在硬體實現方 面，透過快速傅立葉與反快速傅立葉轉換(FFT/IFFT)來達到調變與解調變。 本論文中分析了幾種快速傅立葉轉換演算法的複雜度與其硬體架構設計。在 傳統架構中可分為管線式(Pipelined)與記憶體式(Memory-based)架構，前者有 著高產出量(Throughput)與簡易控制單元的優點，但是其面積相對較大，後者則 反之。本論文中主要為設計一Radix-2 的記憶體式快速傅立葉轉換處理器。首先 藉由切換存取的記憶體來簡化控制單元，再將其基本架構擴展並採用平行處理以 提高產出量，同時保留記憶體式架構面積小的優勢，達到速度快、控制簡單、面 積小的優點，更可依照所需應用調整其架構，實現有效率的快速傅立葉轉換器。

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應用於數位視頻廣播系統之頻率合成器及3.1Ghz寬頻壓控震盪器

近年來，頻率合成器在現代的通訊系統上扮演著很重要的角色。在這本論文中，我們主要是在研究有關於頻率合成器與視頻廣播系統 DVB-T/H/C 系統上的關連。因此在這方面，我們希望能夠針對視頻廣播系統 DVB-T/H/C 觀點需求並且實現頻率合成器對其系統上的應用。除此之外，我們也會發現壓控震盪器在頻率合成器裡是很重要的電路元件。最主要是因為壓控震盪器的效能將會直接影響到頻率合成器的運作正確性。而在壓控震盪器的設計上我們主要是以3.1 GHz為此電路的中心頻率且採用 TSMC 0.18μm 1P6M CMOS 的製程技術。而此壓控振盪器可以達到 26.5% 的調頻範圍，相為雜訊可達到 -123dBc @ 1 MHz，-100dBc @ 100 kHz。供應電壓為1.1Volt。此電路設計的優點主要是他可以有效的降低相位雜訊，節省功率消耗且達到較寬的調頻範圍。 而頻率合成器主要是以鎖相迴路為基礎所延伸的一種電路。而鎖相迴路設計上的最大挑戰不外乎低抖動 (low jitter)，快速鎖定，以及功率消耗的問題。所以我們希望利用上述之壓控振盪器能設計出寬頻，低抖動雜訊，低功率消耗和快速鎖定且能應用於視頻廣播系統 DVB-T/H/C之頻率合成器。

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灰色理論與模糊類神經網路之研究及應用

本論文主要是研究與分析結合基因演算法，灰色理論、模糊理論與類神經網路，並將其應用於全車之主動式懸吊系統與倒單擺系統。首先針對GM(1,1)模型提出一些定理，這些都是根據發展係數 與灰色輸入 兩個參數，來簡化求解的型式。接著以基因演算法來對此調適因子進行最佳化之搜尋，來改善預測值之殘差。 第二部分利用灰模糊控制器與類神經網路模糊控制器於全車之主動式懸吊系統設計。我們主要的控制目標是強調去改善車身振盪，經模擬結果證明，類神經網路模糊控制之主動式懸吊系統比傳統的被動式懸吊系統、模糊控制之主動式懸吊系統、及灰模糊控制之主動式懸吊系統更有效降低車身振動。同時吾人並運用灰色關聯度進行車身於不同路況的運動分析，比較各種震盪對地形變化的關聯度，所以灰色關聯度方法也不失為是一種分析工具的選擇。最後吾人結合類神經網路具有學習之優點與灰關聯分析及模糊控制器，以倒單擺系統為實例，來驗證其適應性。模擬結果如下：灰色逆傳遞學習法比傳統逆傳遞學習法的平方誤差小，且性能指標顯示亦較好。傳統逆傳遞學習法，當輸出的模糊集合分割愈細，則性能指標愈好。但灰色逆傳遞學習法與模糊集合分割數目並無絕對的關係。