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二硫化鎢電阻式記憶體開發及研究

因應人工智慧及物聯網技術的蓬勃發展，半導體產業對於運算效能提升及儲存級記憶體的需求與日俱增，打破傳統范紐曼計算機架構的運算瓶頸與新興記憶體技術的開發及應用在後摩爾定律時代可謂勢在必行。而其中，二維材料具有可層狀堆疊的特性，並且相較於塊材而言，在原子級薄尺度下仍維持高電子遷移率，並具備符合熱預算之後段製程可行性。 首先，透過文獻回顧，吾人發現現行二維材料電阻式記憶體的研究在元件結構上的問題，忽略尺寸效應及過厚的中間層。吾人利用機械剝離法製備交叉點結構之二硫化鎢電阻式記憶體，且經由統計驗證在此製程結構下元件具有一定程度的均勻性。 其次，透過導入化學氣象沉積的大面積轉移技術，成功將元件的二硫化鎢中間層微縮至數層，在電性表現上獲得較小的操作電壓，並在製程方面展現可擴充性。 再者，吾人探討元件的傳導機制。初步先透過載子傳導的公式進行電性擬合，並輔以電性變溫量測的結果作為驗證。而後更進一步以GineatraTM軟體分析平台作為輔助，試著更完整地了解阻絲形貌及缺陷的動態改變。 最後，吾人製備兩種分別以氧電漿轟擊及紫外光臭氧處理的二硫化鎢及氧化鎢異質結構元件，經由電性量測及材料分析之結果，發現經紫外光臭氧處理的元件電流下降，並探討兩種處理方式的結構差異。

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在具方向性氮化鎵孔洞結構內表面電漿子耦合與共振能量轉換行為的模擬研究

本研究中用電偶極模擬量子井與量子點來探討於氮化鎵孔洞結構中量子井和量子點與表面銀奈米顆粒的表面電漿子耦合及表面電漿子耦合條件下從量子井到量子點共振能量轉移的行為。我們先計算僅有量子井時不同的氮化鎵孔洞結構所造成的表面電漿子耦合及腔體效應下於量子點電場強度的比值，再考慮量子點的輻射強度比例，相乘結果可以看出銀奈米顆粒造成的表面電漿子耦合及腔體效應會於空腔內形成一個電場極大的熱點。由於受體的吸收功率正比於電場的平方值，因此該結構可以大幅增加能量轉換的效率。然而當偶極極化方向平行於管狀空隙軸時，就少了空隙側壁的腔體效應，使得能量轉換效率降低。

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透明有機發光二極體螢幕後景影像繞射演算與相位調變優化

顯示器與我們的生活息息相關，從最初的黑白顯示器、彩色顯示器到高清顯示器、曲面顯示器，顯示技術在不斷進步的同時，也滿足了人們對於顯示技術日益嚴苛的需求。透明顯示器作爲一種新型顯示技術，可以完成普通顯示技術無法完成的任務，即在觀看顯示器所顯示的內容時，也可以看到顯示器後的資訊。全面屏手機是這幾年手機產品的一大熱點，而要真正實現全面屏，最主要的在於解決前置攝像頭如何隱藏的問題，而使用透明顯示器，可將攝像頭隱藏在透明顯示器下方，當不使用前置攝像頭時，透明顯示器顯示手機內容，實現全屏顯示，當使用前置攝像頭時，透明顯示器不顯示手機內容，呈透明狀態，攝像頭可以透過透明顯示器進行拍攝。 目前常見的透明顯示器為OLED透明顯示器，設計原理是將畫素集中排列，而沒有畫素的地方使用透明材料，使觀看者可以透過透明顯示器觀看到顯示器後的影像。不透光的畫素為週期性排列，因此光透過透明顯示器時會產生繞射，亮度變暗，導致後景影像品質下降。本論文的目標首先是建立一個演算法，經由數學軟體能夠快速且精確的演算出後景影像在經過透明顯示器後的成像結果與品質的評估。接著設計一繞射光學元件，利用零階繞射強度比、SFR曲線與10%~90% rise distance等影像評估方式判斷影像通過此光學元件後是否提高了成像品質。最後通過印製類面板與使用空間光調制器SLM進行實驗驗證，確認模擬的可行性。期許本研究在未來能實際應用於改善透明顯示器的繞射。

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新型紅光熱激活化延遲螢光發光材料及元件研究

近年來，有機發光二極體(organic light-emitting diodes, OLED)在顯示以及照明領域佔據重要地位，並以可靠度、成本與效率作為研究主要目標。本文中我們聚焦在研究新型的紅光有機發光二極體材料，在光物理及電致發光現象中探討熱激活化延遲螢光機制發光效應。 在本文的第一部分，比較了PAP-系列與PP-系列發光材料的薄膜與元件特性，發現PAP-系列材料皆具有更高的PLQY以及EQE表現，歸因於其額外的三鍵造成更為剛性的結構；並發現不論是PAP-或是PP-材料，以Spiro-fluorene取代DMAC吖啶上二甲基的FAC材料表現皆優於DMAC材料，歸因於FAC具有較為龐大剛硬的結構並能抑制非輻射放光過程。其中以同時具有此兩項特點的PAP-NAI-FAC元件表現最佳，其橘紅光元件EQE達到29.2%。 在本文的第二部分，分別摻雜N4-TPA與N6-TPA發光材料於mCPCN與CBP:TPBi中比較薄膜與元件特性，發現N4-TPA在PLQY上遠勝N6-TPA，歸因於N6-TPA在電子受體端額外增強的共軛結構，使N6-TPA具有較大紅移以及PLQY下降，加上發現額外的苯環結構並不會很大幅度的增加N6-TPA的水平發光偶極比，導致N6-TPA元件EQE不論在何種摻雜濃度及主體材料中遠遜於N4-TPA元件，並且因為嚴重的濃度淬減發生使這現象更為嚴重

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結合倍頻顯微術和深度神經網絡以從事乳房外柏德氏症之術前邊緣鑑定

在現有的技術中，乳房外柏德氏症很難透過其臨床的病灶特徵來定義清除病灶的手術邊緣。在此研究中，我們提出一種新的診斷技術，此技術將倍頻顯微影像術與深度學習結合，能自動且即時判讀當下拍攝的三維皮膚組織影像為乳房外柏德氏症的病灶組織或是一般正常的皮膚組織。在此研究中我們從新鮮的乳房外柏德氏症手術檢體上的不同位置提取足夠的三維影像作為深度學習模型的訓練資料：利用倍頻顯微影像系統從皮膚表面開始垂直拍攝至皮膚深度180微米處。進而再對同一檢體進行病理組織切片及染色以後，我們將病理結果作為標準檢測結果對應至三維倍頻顯微影像為訓練深度模型作標記。我們僅使用2095張三維影像作為訓練和驗證數據集訓練深度神經網絡模型，並在191張的三維影像測試資料集上，取得93.20%的靈敏度、95.45%的特異度和94.24%的準確度於乳房外柏德氏症病灶組織與正常皮膚組織的分類。因此，研究結果表示此技術基於三維卷積神經網路，具有極高的潛力能夠透過非侵入式的方法及時準確提供該成像範圍為亞微米等級的區域是否為惡性或是正常皮膚組織的建議。

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基於梯度優化演算法之抗反射薄膜與高通光學薄膜濾波器之研究

光學薄膜現今已被廣泛應用，從精密的光學儀器至日常生活中的太陽眼鏡皆可見其蹤跡。隨著鍍膜技術的提升，多層膜常用於製作濾波器、抗反射膜等產品，但如何有效的設計可用或需要的多層膜結構依舊是一個困難的挑戰。傳統上而言，可以利用一些已知的結構，如分布式布拉格反射器(distributed Bragg reflector, DBR)或四分之波長之抗反射膜層，然而此種設計只適用於單波長，而無法達成更複雜的應用，有鑑於此本論文將利用梯度法之最佳化演算法來自動化設計光學薄膜之膜層厚度。 在本論文研究的第一部分，我們透過轉移矩陣來計算多層膜結構的穿透係數及反射係數，並定義出合適的目標函數，最後在梯度下降的基礎下引入正向傳播矩陣及反向傳播矩陣以加快梯度計算時間，僅需計算2次轉移矩陣，相較於傳統利用兩點式計算梯度的方法能夠大幅縮短運算時間。 在本論文的第二部分，我們討論如何挑選合適的優化參數，設計出最簡化的薄膜光學結構，並利用RF濺鍍及熱蒸鍍的方式成功做出僅需6-8對高低折射率的高通濾波器，在通帶達到平均穿透度95 % 以上，同時在阻帶達到穿透度接近0 %。此外，在本論文中也利用演算法的方法設計抗反射膜，可以使玻璃基板達到接近透明的程度，在玻璃基板的雙面僅需鍍上2-3對抗反射光學膜，減少介面折射率差所造成的反射，可達到99 % 的高穿透度。最後同時結合高通濾波光學薄膜及抗反射光學薄膜，實做出在通帶可達到穿透度99 %、阻帶低於1 % 之光學元件。

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可撓性非晶氧化銦鎵鋅薄膜電晶體差分放大器電路整合於心電量測之應用

本研究製備可撓性電子元件並將其應用於心電訊號量測，將設計之差分放大電路製作於聚醯亞胺基板上，電路由11個非晶氧化銦鎵鋅薄膜電晶體組成，其中4個薄膜電晶體為主動式負載NMOS差分放大器、4個薄膜電晶體為雙輸入轉單輸出電路、3個薄膜電晶體為電流鏡電路。且為了改善差分放大器運作上之匹配性，對負載電晶體的主動層薄膜做30秒的氬電漿處理；對驅動電晶體的通道介面處做10分鐘的紫外光臭氧處理。差分放大電路之差模增益約為2.08 V/V，共模增益約為0.05 V/V，共模抑制比約為32.4 dB。 　　最後將可撓性差分放大電路元件整合濾波放大電路並應用於心電訊號量測，透過可撓性非晶氧化銦鎵鋅薄膜電晶體差分放大電路，對心電訊號進行初步的前端放大作用(放大倍率約2.1 V/V)，接著使用自組的後段濾波放大電路(放大倍率約101 V/V，頻寬為0.4 ~ 40 Hz)濾除雜訊，擷取顯示於示波器上的ECG波形訊號。所得之心電訊號QRS平均波峰值約為260 mV，雜訊約為107 mV，其訊雜比值約為7.71 dB。

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二維材料異質結構元件光電特性探討

本實驗主要分成兩部分，其中一部分探討二硒化錫(SnSe2)、二硒化鎢(WSe2)及六方氮化硼(h-BN)異質結構之光電特性與空乏區電場分布情況。藉由機械式剝離及乾式轉印技術，將30 nm h-BN、5 nm WSe2及10 nm SnSe2依序堆疊在300 nm厚的二氧化矽基板上，其厚度分別為30 nm、5 nm、10 nm，並使用標準電子束微影技術製作出鈦金電極(10 nm/90 nm)。二硒化錫大小約為25 μm × 17 μm，二硒化鎢大小約為30 μm × 20 μm，兩材料重疊區域大約為10 μm × 20 μm。 元件在VDS = -1.6 V 時，其開關比可達106，次臨界擺幅(Subthreshold Swing)約0.54 V/dec。藉由物鏡將波長633 nm、強度5 nW雷射聚光在樣品表面，光點直徑約為1.5 μm，再搭配低雜訊電流放大器及鎖相放大器所組成之掃描光電流量測系統對元件做光電特性及空乏區電場分布情況研究。將雷射光點覆蓋整個樣品，量測元件短路電流(ISC)和開路電壓(VOC)隨不同VGS值的變化，在VGS = 0 V和VDS = -0.26 V時，可獲得最大光偵測率2.97×1012 Jones，在VGS = 40 V和VDS = 2 V時，最大光響應度為100 A / W。最後使用分光儀量測光電流頻譜。綜述上論，我們發現由二硒化鎢(WSe2)和二硒化錫(SnSe2)組成的異質結構具有出色光響應，可以用作光電感測器或光伏(photovoltaic)元件。 另一部分探討，不同絕緣層對於單層二硫化鉬電晶體的影響，首先先製作使用二氧化矽為絕緣層的背閘極單層二硫化鉬，加上不同的passivation比較電性變化，接著將背閘極絕緣層改為h-BN，再使用不同的passivation比較電性變化，最後製作上下閘極絕緣層均為h-BN，使用石墨烯做為電極的單層二硫化鉬元件，最大電流為150 uA，SS約為100 mV/dec，其開關比可達108，最後在利用C-V量測對絕緣層電容值進行修正，得到載子遷移率高達200 cm2/V·s。

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鋁成份漸變極化致發p-型氮化鋁鎵內電洞遷移率隨鋁成份變化行為研究

我們以分子束磊晶技術，在氮化鎵模板上成長了一系列以極化感應產生的p-型氮化鋁鎵，固定鋁含量變化梯度為0.15 %/nm，厚度為100 nm，我們比較在不同鋁含量範圍下其p-型的行為，尤其仔細探討電洞遷移率的變化。鋁含量變化梯度為0.15 %/nm的極化感應p-型氮化鋁鎵能夠產生足量的電洞且能夠表現其平均濃度下的電洞行為。隨著鋁含量增加，電洞濃度一開始緩慢下降，接著開始快速上升，電阻則會持續上升，而電洞遷移率隨著鋁含量增加持續下降，但下降的斜率在平均鋁含量小於40 %左右時較大，平均鋁含量大於40 %左右時下降變為較緩慢。電洞遷移率隨平均鋁含量的變化行為能夠以電洞等效質量和合金散射以及新引入的侷限電荷散射來解釋。

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生長於氮化鎵模板上氮化鋁鎵的應變行為與其對鋁成份漸變氮化鋁鎵內極化感應產生的p-型性能之影響

我們首先在氮化鎵模板上生長一系列厚度170nm均勻鋁濃度氮化鋁鎵樣品，透過倒晶格空間的量測我們得知當鋁濃度大於45%時其所受伸張應力開始釋放。為了瞭解氮化鎵模板上氮化鋁鎵的應變行為與其對鋁成份漸變氮化鋁鎵內極化感應產生的p-型性能之影響，我們在氮化鎵模板上生長鋁成份漸變氮化鋁鎵之前先生長一層均勻高鋁濃度氮化鋁鎵夾層，我們改變這夾層之厚度來比較其結果。由實驗結果得知，越厚的氮化鋁鎵夾層會減弱鋁成分漸變氮化鋁鎵層內所受的伸張應力並減少其極化場的梯度，進而導致其電洞濃度降低，此外我們也比較相同鋁濃度漸變梯度但不同鋁濃度漸變範圍之樣品，我們發現平均鋁濃度越高，其伸張應力釋放越多，導致其電洞濃度會越高。這種應力釋放的效應能有效的抑制電洞濃度隨著鋁濃度上升而下降的趨勢，平均鋁濃度大於45%時，電洞濃度呈現增加的趨勢，當樣品內有均勻鋁濃度氮化鋁鎵夾層時，這種抑制效果會變弱。