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單電子電晶體之元件特性模擬

半導體製程技術不斷突破，挑戰元件尺寸微縮的極限；而先進的量子點成長技 術，更使得研究人員在室溫下就能觀察到單電子電晶體的主要元件特性－庫論阻斷效 應。 本文利用非平衡態的格林函數，系統化探討一系列單電子電晶體之穿隧電流頻譜 表現，以利於實驗量測上定性判別譜線成因和解釋現象；其中在單一能階系統中，格 林函數已能反應出電子內階庫倫交互作用，引起電流呈現庫倫階梯及庫倫震盪形式； 在二能階以上的系統，格林函數亦能涵蓋外階庫倫交互作用，描述更複雜的穿隧電流 頻譜；在非對稱穿隧率的系統當中，「殼層穿隧」與「殼層填充」兩種不同的限制條 件下，在頻譜上會選擇性增強或消除量子點裸能階之共振通道訊息；溫度影響電極電 子之費米分佈，使高溫下載子填充較為緩和；此外，將金屬電極更換成重參雜之半導 體電極，由於半導體電極本身載子有效帶寬比電極薄，當有一側電極之能隙對齊到已 開啟之共振通道，則該通道之電流將會立即被關閉。

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低複雜及高效能H.263 到H.264 轉碼器的分析及架構實現

多媒體是現在當紅的領域。從各種商品的出現(如MP3, 數位電視等)及流行，各種影像的編碼格式也成了一個重要的話題。在這個網路發達的時代，當不同的平台要相互溝通時，編碼需要一些相對應的轉換以應付不同的編碼標準。H.263到H.264的轉碼是目前一個新起且快速發展的領域。當許多線上軟體(如網路電話、線上會議系統)將編碼從H.263升級到H.264時，這兩種編碼間的轉換越來越重要。在目前的H.263到H.264轉碼中，許多架構提出不同的想法。然而這些架構所考量的範圍都過於狹小，對於影像品質及複雜度並無法達到最佳的平衡。在我們所推出的系統(MDPP, modified decoding parameter propagation architecture)中，除了對複雜度的降低外，對影像品質也能達到一定的水準。在架構中，除了對解出來的參數充分利用外，另外兩階段的MV搜尋機制更使得影像模式能夠正確的偵測。從實驗結果中我們可以發現，複雜度比起reference架構少了99%；另外平均上來說我們的架構比起支援多種模式的架構快上5~8倍。在速度快的情況下，RD曲線圖顯示我們的架構能達到近乎reference架構的影像品質，而且在不同的影像下皆有不錯的表現。由這些實驗結果，我們相信提出來的架構能夠在影像品質及複雜度上取得最好的平衡。

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適用以矽智產為基礎之系統晶片設計的高階功率模型研究

在預估複雜數位電路的功率消耗時，常用功率模型的方式來預估，這個方法因為在使用上不需要電路內部詳細的資訊，所以在非常高的設計層次中，便能預估到電路的功率消耗。目前來說，以功率模型為基礎的功率估測方式，似乎是最適合用在系統晶片的設計環境當中，可以根據不同的輸入狀況，快速地提供此功能區塊對應的功率消耗大小。但是一個系統之中通常包含了各種性質不同的功能區塊，如何針對各種區塊的性質差異，建立適合的高階功率模型，也是一個需要深入探討的課題。在這篇論文中，我們針對系統晶片中的主要的電路類型來提出其相對應的高階功率模型的建構方法。在這裡，我們將主要的電路類型區分成四種：組合邏輯電路區塊，序向邏輯電路區塊，嵌入式記憶體電路區塊，處理器電路區塊。 在組合邏輯電路及序向邏輯電路中，我們著力研究在利用類神經網路來建立一種嶄新的功率消耗模型，利用類神經網路來學習輸入資訊及相對應功率消耗的值，進而應用在高階功率估測上。不同於查表法，透過特徵值萃取處理程序後，我們的模組並不會與電路大小有那麼直接的關係，且因為類神經網路的特性，使得這個簡單的模型還可以擁有很好的準確度。從我們的實驗數據裡可看出，在廣泛的輸入變化範圍內，此功率模型依然保有相當的準確度。 在系統晶片中，嵌入式記憶體常被用廣泛地被使用。為了能更正確地估測出整個設計的功率消耗，一個準確的記憶體功率模型是必需的。但是目前電子自動設計工具所使用的傳統記憶體功率模型都過於簡單，導致功率預估的結果不夠精準。在這篇論文裡，我們便針對這方面提出了兩個方法來試著解決此問題。一個是改進的記憶體功率模型，其主要差別在於將非控制輸入信號的變化也納入考量，以便使功率模型更接近實際電路的功率消耗行為模式。另一方面，為了此方法與現今的電子自動設計工具能一起使用，我們也發展了一套冗餘模組方法來克服現今應用軟體上的一些限制。由於我們也將記憶體的大小也列入模型的考量，所以我們提出的方法可以很有效的與記憶體產生器結合，根據不同大小的記憶體能自動調整我們的功率模型，而無需再對不同大小的記憶體再重新建立另一個功率模型。更凸顯出我們方法的實用性。 在處理器的電路區塊中，我們也提出了一套應用在指令層級的功率模型建構方法可應用在管線式超大指令字處理器。在我們的方法中，不論是各個指令的基本功率消耗還是兩道指令間所多出來的額外功率消耗都能被考慮進來。由於我們也考慮管線的效應，這使得我們在處理器上的功率預估能更接近實際的功率消耗行為。整個功率預估的流程主要可以分成兩階段：能量萃取階段及功率重組階段。從我們的實驗數據裡可得知，此功率模型可以有相當的準確度。

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交流白光非晶碳氫薄膜發光二極體之光電特性改善

本研究的主要目的是改善交流白光非晶質薄膜發光二極體的特性。先前的研究已成功地運用一層很薄的本質非晶碳氫做為發光層，且利用PECVD系統在位氫電漿處理發光層薄膜，提高薄膜中的氫含量並且修補其中懸鍵來提高元件發光效率。在本研究中，主要是藉由調整發光層的厚度及在外部電極與i-a-C:H層之間加入i-a-Ge:H, i-a-SiGe:H, i-a-Si:H, and i-a-SiC:H 層來降低外部電極與非晶矽半導體間的接面電阻。實驗結果顯示，不同的膜厚與結構會明顯地影響元件發光效率。同時，我們也對元件光電特性做一系列量測，包括發光亮度、發光頻譜以及交流頻率響應等等。量測結果顯示，固定頻率下，不同大小的電壓值幾乎不會改變元件發光波段，但是在固定的交流電壓下，隨著頻率的增加卻會導致發光頻譜出現紅移的現象，而且我們也發現當薄膜發光二極體被操作在特定頻率範圍時可有效提昇元件的發光亮度。

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利用有限元素法建構3維的舌頭力學模型

本研究的目的在利用舌頭磁振造影所重建之影像，建構出三維的舌頭有限元素力學模型。我們使用Gerard在文獻中所用的人的舌頭材料特性－二階和五階的Mooney-Rivlin 超彈性應變能量函數，且假設舌頭為不可壓縮體，來做為我們舌頭的材料特性，並以舌頭磁振造影的影像為基礎，利用ANSYS®有限元素軟體建構舌頭的模型。這舌頭模型包含發聲時主要使用到的7種肌肉，即莖突舌肌、舌骨舌肌、頦舌肌（又分成了前、中、後3個部份）、舌上縱肌、舌下縱肌、舌橫肌和舌直肌。在建構出舌頭的有限元素模型後，我們接著對舌頭模型各部份的肌肉施力，進行動態的模擬，施力的方向為沿著各個肌肉纖維的走向，由結果中可以觀察到此舌頭模型各部份的肌肉收縮時皆能達到該肌肉收縮對舌頭產生應有的變形。最後我們參考文獻的資料，進行母音[u]、[a]、[i] 及子音 [t]、[k]等舌頭發音動作的模擬，而由舌頭施力變形後的結果也觀察到發音模擬的部份，其結果也都合乎了發這些音時舌頭動作的特徵。由以上這些初步結果顯示我們所建構的三維舌頭有限元素力學模型可以做為未來更多構音動作模擬的一個雛形。

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運算放大器之自動化設計流程及行為模型研究

本論文提出一個自動化設計運算放大器的流程，並提供四種常用架構的運算放大器：伸縮(telescopic)、摺疊疊接 (folded cascade)、電流鏡(current mirror)、雙級 (two stage)。整套流程已經以C++實現並連結HSPICE輔助設計。使用者只需要輸入需求的規格及選擇運算放大器的架構，便可以得到符合規格的電路。放大器是類比電路中基本的元件，並且在很多電路中都被廣泛應用。自動化設計運算放大器的流程將加速類比電路的設計，降低類比電路的設計時間。 隨著CMOS製程技術的下降，由於超大型積體電路(VLSI)複雜度的增加，以及SoC (System on Chip)的發展，驗證電路設計的正確性變的比以前困難，模擬時間也隨之上升。為了減少模擬的時間，提供所需的放大器的同時，也提供了一個運算放大器的行為模型，可以在行為模式模擬電路，驗證整體系統的正確性。

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以行為模型建立交換電容式積分器之非理想現象及準確時間響應的研究

此論文裡，我們提出了一套利用Verilog-A 的硬體描述語言來建立交換電容 式積分器(Switched-Capacitor Integrator)電路的理想行為模組。此目的為提升模擬 層級，縮短類比電路的模擬時間，使數位電路與類比電路可提早做整合，進而加 快了整個設計的流程。 在理想行為模組中，我們針對此積分器在時域上的行為進一步加以描述，使 得我們所建立的行為模組能更接近真實電路的行為。而在非理想效應中，除了積 分器增益(DC Gain)、積分器直流輸出電位的偏移(DC Level Offset)、積分器外部 轉換速率(Extermal Slew Rate)及開關熱雜訊(Switch Thermal Noise)外，我們又額 外考慮到其它幾項重要的非理想效應：積分器穏態響應(Settling Response)、運算 放大器之熱雜訊(Operational Amplifier Noise)及電源雜訊(Supply Voltage Variation)。接下來我們建立一套標準的萃取模式(Extraction Mode)，利用由下而 上(bottom-up)的方法將實際電路的非理想因素萃取出來，再將這些非理想參數值 帶回理想的行為模組中，使得我們所建立出來的行為模組能真實反映出實際電路 的行為。 為了驗証我們的想法，以一個二階三角積分調變器為例，此調變器中包含上 述所考慮的交換電容式積分器，來証明我們的方法不僅可以大大的縮短模擬所需 的時間，在時域上，我們所建立出來的行為模型亦能接近實際電路的行為。而且 時域行為的精確，進而達成在頻域的部分也能符合實際電路的行為。

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具銻砷化銦鎵披覆層之砷化銦量子點特性研究

本論文探討以銻砷化銦鎵做為量子點披覆層，對砷化銦量子點產生的的影響。藉由室溫光激發光譜我們觀察到披覆銻砷化銦鎵的量子點發光波長會產生紅位移的現象，波長可以延伸到1.4 μm以上，並且維持相當好的發光強度。經由掃描式穿透式電子顯微鏡，我們發現紅位移的原因主要來自於量子點大小的變化，銻在此效應所扮演的角色亦一併提出討論。 除此之外，經過快速熱退火(rapidly thermal annealing)實驗發現，披覆銻砷化銦鎵的量子點有較好的耐熱性，即使在經過20秒750 oC的熱處理之後，仍然可以維持原來的發光特性，遠佳於披覆砷化銦鎵的量子點。因此，我們認為可能是銻化合物抑制了銦原子和鎵原子的互混，但是此假設仍需進一步的研究以釐清。由以上結果可以得知，砷化銦量子點覆蓋銻砷化銦鎵是一個良好的磊晶結構，對長波長量子點光電元件極有助益。

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線性系統與非線性模糊系統之可變結構控制設計

在本論文中，首先針對多輸出多輸入的線性系統，提出一個公式來設計積分型可變結構控制器，這個公式是基於互質矩陣分式表示來發展設計積分型滑動平面和可變結構控制器，所提的方法不僅避免需要轉換型式，而且能夠使要設計的系統能有想要的性能。 然後接著我們針對T-S模糊系統基於李亞普若夫函數來設計模糊可變結構控制器，此方法並不需要假設每個子系統的輸入矩陣是相同的，並顯示了李亞普若夫函數可以被用來建立模糊滑動平面藉著解出一組雙線性矩陣不等式，我們提出一個反覆迭代的線性矩陣不等式演算法來解決雙線性矩陣不等式的問題，並且我們針對T-S模糊時間延遲系統基於模糊李亞普若夫函數來設計模糊可變結構控制器，並顯示了模糊李亞普若夫函數也可以被用來建立模糊滑動平面藉著解出一組雙線性矩陣不等式，我們提出另一個演算法來解決雙線性矩陣不等式的問題。

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基於增益與相位邊限規格之控制器設計

我們都知道當系統有適當的相位邊限以及增益邊限的話，將會使系統有良 好的強健性，因此在本研究中，我們主要是將探討如何以相位邊限以及增益邊 限這兩個頻域規格來設計控制器，而其中所探討的控制器類型包含了比例-微 分控制器(Proportional-Derivative Controller) 、比例- 積分控制器 (Proportional-Integral Controller) 、比例- 積分- 微分控制器 (Proportional-Integral-Derivative Controller)、以及相位領先或落後補 償器(Phase Lead or Lag Compensator)這幾種形式。 由於整個控制器的設計流程中，為了要使得整個系統同時達到我們所要求 的相位邊限以及增益邊限的規格將會是非常複雜且需要不斷以嘗試錯誤(try and error)的方式來設計，因此我們利用增益-相位邊限測試方法(Gain-Phase Margin Tester Method)來實現。增益-相位邊限測試方法是一種非常快速且直 覺的控制器設計方法，可以將控制器的解轉換成二維平面，只要讀取圖上的值 即可找出解來。而在一些情況下，控制器的解可能會超過二維平面，因此我們 利用穩態誤差(steady-state error)的條件限制，進而不增加控制器設計上的 複雜度。最後我們也利用幾個簡單的例子來作模擬及測試。