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在高定義電極形狀來製作光滑可調適鏡面

可形變鏡面在光學系統中是一重要的反射元件，可在鏡子表面形變時改變聚焦長度，現今有幾種可用來做可形變鏡面的材料，例如液態透鏡或是微機電技術等，而微機電可形變鏡面已在我們實驗室研發多時，但其高致動電壓一直都是難以解決的問題。 在此篇論文中，我們提出一個叫離子性聚合物金屬複合材料(IPMC)來製作可形變鏡面，其優勢在於低電壓高形變量。藉由遮蔽罩子可成功的定義任意形狀的電極在IPMC上，對於圓形電極的IPMC其效果於2伏特下，可達到中心最大位移350μm，我們相信這種新的材料未來在光學系統中可當作可形變鏡面的材料。

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鍺基板PN接面發光二極體

本論文中，我們藉由光激發光及電激發光的激發方式，探討因為鍺之再激收效應造成直接能隙發光效率減少的現象。 表面複合速度可影響等效載子壽命，進而改變光激發之載子分佈。因為鍺之在吸收效應為距離的函數，減少鍺的背面表面複合速度使載子更深入晶片深處，增強直接能隙的放光之再吸比例。增加鍺的背面表面複合速度使載子更集中於晶片表面，減少直接能隙的放光之再吸比例。直接能隙或非直接能隙之放光比例都可藉由物理模型去加以模擬並解釋。 在電激發光中電子會因電場而漂移，在垂直結構下因垂直的電場使電子飄移至晶片之深處而增加再吸收效應。控制電場方向製作水平結構之鍺發光二極體電可讓更多電子聚集在裝置表面，增加高能階的電子濃度及降低再吸收影響，使直接能隙之放光效率增加。水平結構之電極遠近亦會影響電流聚集程度而改變直接能隙之放光效率。

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減少非晶相銦鎵鋅氧化物薄膜電晶體之介面以及本體缺陷並改善載子遷移率

金屬氧化物,由於其具有的高載子遷移率,被認為是種可作為薄膜電晶體(TFT)通道層的材料。以其作為通道層材料的TFT，或許可以提供更大的電流去驅動尺寸更大的面板以及有機發光二極體(OLED)。 為了上述的目標，很多團隊遂致力於改善TFT元件的特性。而在這些研究中，次臨界擺幅(SS)是一個能去比較元件好壞的重要參數。根據TFT的傳輸機制，載子主要於通道層以及絕緣層介面的部分區域流動。在通道層和絕緣層的介面以及在通道層中的缺陷會困住載子，造成較大的SS和較低的載子遷移率。因此，在介面附近的品質會深深影響TFT的特性。 我們在絕緣層以及通道層都分別採用了新的製程方式，混成結構。在絕緣層上的應用，使用HfO2/SiO2 的組合。由於使用高電介質材料，閘極偏壓可以造就更強的電場，因而對於載子有更好的控制能力。於通道層方面，則是以兩層在不同退火條件下的薄膜組合而成。這兩層薄膜具有不同的導電率和載子濃度。藉由合成結構的作法，可以保留兩層薄膜分別具有的優點，使得SS有了0.17V/decade的降低，載子遷移率則可增加50%以上。 在改善TFT的特性之後，我們將TFT組合成電路以驗證元件的動態表現。而元件和電路所表現出的結果是非常一致的。然而，我們也發現臨閾電壓在電路操作時扮演了重要的角色。若非控制得宜，則可能會造成邏輯電路無法呈現出正確的邏輯函數。此外，TFT經過進一步的製程步驟可以被製作成為感測器，被應用在生醫感測方面，可以偵測到蛋白質抗體等細微的電量變化。

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以穿透式電子顯微術研究生長於矽基板上之氮化銦鎵/氮化鎵量子井結構

熱膨脹係數的不同讓在矽基板上高溫成長完成之氮化鎵磊晶層在降溫過程中產生很強的伸張應力，使得氮化鎵層龜裂。為解決此問題，我們利用溫度漸變過程成長氮化鋁緩衝層以產生收縮應力來補償上述降溫過程產生的伸張應力，我們發現使用最多變溫成長階段之量子井樣品有最弱的殘留伸長應力、最短的發光波長以及最高的發光內部量子效率。本研究中，我們使用應變分析軟體(SSA)計算矽基板和藍寶石基板上不同變溫生長氮化鋁緩衝層條件下成長之氮化銦鎵/氮化鎵的量子井樣品內銦成分，得到和X光繞射分析相同的變化趨勢。然而使用應變分析軟體得到的銦含量變化幅度較大。再者，我們由穿透式電子顯微術的研究發現，隨著殘留應力下降，樣品內有較低的線性狀差排密度。另外也觀察到在氮化鎵/氮化鋁超晶格結構上方比其下方有較低的線性差排密度，這指出氮化鎵/氮化鋁超晶格結構可以阻擋線性差排往上延伸。

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表面光柵發光二極體製作及特性分析

我們利用雷射干涉微影製程，成功製造出了p-型氮化鎵表面具有不同週期表面光柵結構之發光二極體，並量測其發光強度與電特性。經由製程參數的調整，我們可在製作週期不同之一維光柵結構時，將光柵溝槽深度與溝槽寬比例控制在一個範圍內。 經過電特性的量測，我們發現表面具有光柵結構之元件其電阻較表面平坦的參考元件為大，且隨著週期變大有略微上升的趨勢。 發光強度的量測結果則顯示：相較於參考元件，表面具有光柵結構之元件，在發光效率上有大幅的增加，而增強的幅度同樣隨週期變大而上升。由變化角度之發光強度量測結果也得到相同的變化趨勢。

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準相位匹配寬頻白光雷射之研究

本論文利用準相位匹配理論進行非線性光學中頻率轉換之研究，我們在0.75mm厚的鉭酸鋰(Lithium tantalite, LiTaO3, LT)基板，利用高電壓極化反轉的技術，製作出準相位匹配非線性轉換週期性極化反轉鉭酸鋰 (PPLT)非線性轉換光參晶體，置入光參振盪器中，產生高效率的藍光與白光雷射。 筆者利用級聯光參-多週期倍頻振盪結構，製作出波長可調式藍光晶體，再利用此結構使用變跡方法設計出寬頻高效率的藍光晶體，斜線效率約18%、頻寬1.83nm，且其波長頻寬變化平滑無明顯峰值之藍光465nm光源，這對於散斑的抑制有良好的效果。 接著本論文研究綠光光源的改良，筆者設計多週期變跡綠光倍頻結構，藉由寬頻寬的泵浦光源產生寬頻寬的綠光雷射。在實驗上，筆者成功製作出轉換效率約在10%，且波長頻寬大於5nm的綠光光源，此種綠光雷射光源將可降低散斑對比至5%左右。 最後利用藍光結構級聯光參紅光晶體，成功製作出寬頻高效率的白光光源，與先前相比，在使用新添購的NL204雷射且將光束光腰拓寬至300um(wo)後，在1W的泵浦綠光入射下，產生約200mW的白光輸出，其中藍光56mW、紅光83.03mW、綠光60.97mW，色度座標為(0.3141,0.3194,0.3665)、色溫為6489K、整體效率達20%，而藍光與紅光頻寬分別為1.2nm與1.12nm。

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雷射固化光聚合高分子之動力學研究

在了解光照厚層光敏感樹脂高分子聚合反應的動力方程式後，發現高分子聚合速率是光照強度、光起始劑濃度和吸收率的函式，光照強度分佈對樹脂固化的形狀影響很大，本篇論文我們利用解數個動力學耦合方程式來模擬高分子材料固化的過程，光照材料固化隨時間空間變化的情況都可以模擬出來；以往牙齒修復使用的光源接近發散的平面光束，光入射光敏感樹脂時受到表面或淺層材料吸收，使光照強度在進入深層或底層材料已大幅衰減，造成表面或淺層材料固化反應較劇烈，深層或底層材料固化反應較緩慢，光敏感樹脂表面與底層固化不均勻的現象，我們利用聚焦高斯光束來彌補光照強度被表面或淺層材料吸收所造成的衰減，設計在光照圓柱中心處表面初始光照強度與底層初始光照強度相同，在適當選取高斯光束的參數，像是光照強度、光束腰寬、波前曲率半徑等，可以使樹脂固化在深度方向較為均勻，而且只要知道單體分子固化門檻值(單體分子濃度降為初始濃度的多少百分比)、鏈聚合反應的傳播和終止反應常數，我們推導簡便的公式可以精確估算樹脂固化的時間；這些研究結果對於醫學及工業之厚層光照高分子固化應用有幫助。

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N型矽基板太陽能電池的製作，量測與理論分析

由於矽晶太陽能電池的穩定性以及高轉換效率，使矽晶太陽能電池在太陽能產業上佔了極大部分，雖然此技術在量產上的結構已經發展的很完整，但是在高轉換效率的技術上能存在許多的挑戰。 本論文中，N型矽基板上同質接面太陽能電池的製程是利用離子佈值技術來製作硼射極以及磷背面電場。利用合適的退火條件，離子佈值中摻雜離子可以被活化，且佈值中造成的損害可以被修復。為了更佳的效率，基礎的分析是必要的，本論文中會分別用p+np+及用n+nn+的對稱性結構分析射極及基板的特性。 最後，我們在之前討論的都是表面平坦的太陽能電池，但是，要做出高效率的太陽能電池是不夠的。為了做出高效率的太陽能電池，表面結構是必要的。為了增加短路電流，我們要增加太陽能電池捕捉光的能力。但是這會增加太陽能電池的表面積，導致增加射極電流，進而降低開路電壓。本章再討論該如何解決這個問題。

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聚二甲基矽氧烷製備之高形變可形變面鏡運用於光學變焦模組

一般傳統的變焦與自動對焦系統是由馬達驅動透鏡位置來造成效果，這種方式通常需要較大的空間並且有較大的功率損耗，在這篇論文裡，我們設計一款反射式的兩倍變焦系統，反射式光學除了具有低色散的特性之外，還可以透過折光的方式來使空間運用上更有效率。對於現在強調輕薄短小的光學系統來說，如何有效運用反射式光學在光學設計裡面，是很重要的課題。 我們利用有機可形變面鏡(organic deformable mirror)擔任系統裡的反射原件，它使用聚二甲基矽氧烷(PDMS)來製做一具高度可饒性薄膜，使薄膜具有低的楊氏係數(Young’s modulus)和低的殘餘應力(residual stress)，薄膜表面鍍鋁用以反射或聚焦入射光線，藉由施加薄膜(鋁)和下電極間的電壓，可使有機可行變面鏡因靜電力形變進而形成曲率的變化，並藉此電壓來控制其度數(diopter,m^(-1))，成功做出可當作凹面鏡與凸面鏡使用的可行變面鏡，製作的可形變面鏡有大位移量與低驅動電壓的特性。 最後我們將模擬的變焦系統實作出來，透鏡是請國研院儀科中心研磨而成，封裝外殼是請機構工程師幫我們設計，最後搭配我們實驗室製作的可形變面鏡組成一個變焦光學模組，成功做出1.3倍的變焦效果。

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雷射退火在氧化物半導體與薄膜電晶體的應用

西元1960年由美國科學家Maiman發表了第一台紅寶石雷射，自此以後雷射的應用開始普及於工業、通訊、醫療、量測等產業。近年來，雷射也常被應用於顯示器和半導體產業，利用雷射高功率密度的性質，雷射退火常用於加熱非晶矽使其成為多晶矽，進而製作出低溫多晶矽薄膜電晶體。 氧化物半導體由於擁有低溫成長、透明、高載子移動率等特色，近來吸引許多研究投入，其中尤其以顯示器產業與軟性電子相關產業最為興盛，甚至有機會取代傳統非晶矽薄膜電晶體成為主流。 在本論文中，我們嘗試將雷射應用在氧化銦鎵鋅半導體，首先利用TLM的結構研究雷射退火製程對於金屬-非金屬之間接觸電阻的影響，我們發現控制適當的雷射製程條件，可以使金屬電極與氧化銦鎵鋅間的接觸電阻率降至6.5×10^5Ω-cm^2，並且研究不同成長條件的氧化銦鎵鋅對於接觸電阻的影響。 接著我們利用雷射退火降低金屬和半導體間串聯阻抗的特性，製作上閘極self-aligned氧化銦鎵鋅薄膜電晶體，以達到減少光罩數目、增加開口率、精確控制半導體通道長度等優點。