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透過氮化鋁緩衝層增進磊晶品質並用以製作電性表現較好的高電子遷移率電晶體

氮化鎵/氮化鋁鎵異質結構因寬能隙特性，故具有大的崩潰電場；且其極化效應產生二維電子氣(2DEG)，而有較高的電子遷移率，可被應用在高功率和高頻操作的元件上，是目前有潛力取代矽的半導體材料之一。 本篇論文研究利用氮化鋁緩衝層以成長高磊晶品質的氮化鎵，並用來製作氮化鎵/氮化鋁鎵高電子遷移率電晶體。因此第一部分為藉由拉曼頻譜分析與XRD分析的方式，分別分析數據的峰值和半高寬可以得到其殘留應力和差排密度，進而證實氮化鋁緩衝層確實提升晶體品質。 而因差排密度會影響電子元件的遷移率和飽和電流，因此製作出來的氮化鎵/氮化鋁鎵高電子遷移率電晶體若為有緩衝層的基板，其電性特性相較於一般的結構都有所提升。因而接連到本研究的第二部分高電子遷移率電晶體電性的量測結果，得到電晶體的最大汲極飽和電流在VG等於6V時從 481 mA/mm提升至522 mA/mm，導通電阻從14.98下降到12.61 Ω-mm。

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整合氮化鋁薄膜緩衝層及表面鈍化層技術於製作T型閘極高電子遷移率電晶體及其高頻分析

氮化鎵被稱為第三代半導體材料，以其為材料的氮化鋁鎵/氮化鎵高電子遷移率電晶體，因具有二維電子氣以及寬能隙的特性，故在高頻高功率元件上具有極大的發展及應用空間。 本論文使用氮化鋁緩衝層磊晶之基板，在其磊晶片上製備高電子遷移率電晶體，元件製程中結合了 T 型閘極技術和鈍化層生長技術，並將所製備的元件進行高頻量測分析。 在論文第一部分，我們以信號流圖的觀點，重新推導了高頻元件所需用到的基礎微波理論，並且用此方法構建出了小訊號模型的精準 S 參數公式，用以擬合小訊號模型中各個電子元件的參數。 在論文第二部分，我們以電子束微影系統曝光三層光阻結構，並控制顯影的時間，在蒸鍍金屬後，成功製作出閘極線寬為 300 奈米、閘極頭寬為 700-900 奈米之T 型閘極。 在論文第三部分，我們分析了元件的直流特性，並藉由開路及短路襯墊進行去嵌化，將元件的本質參數萃取出來。證明了我們所設計的開路和短路襯墊符合開路短路襯墊去嵌化的條件。經過數據分析後，我們的 HEMT 元件在閘極電壓為-3.5 伏特，汲極電壓為 6 伏特時有截止頻率𝑓𝑡 = 10𝐺𝐻𝑧, 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 18𝐺𝐻𝑧。

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使用巨集塊映射方法於數位電路之逆向工程

數位電路的反向工程一直以來都是用於重建電路功能性相當有力的工具。而重建電路功能性可以有以下幾種應用：其一是可以幫助我們找出惡意電路（亦稱硬體木馬） ，其二是針對某些規格書已經佚失的舊有設計，我們可以利用反向工程的工具以便釐清其功能。據我們所知，反向工程大概是這些問題唯一的解決方案。在本研究中我們提出一個可以讓使用者從平坦化的閘級網路連線表擷取出功能模組的硬體反向工程演算法，而且不需要人工介入。提出方法使用了切割枚舉方法以及布林匹配技術以辨識我們感興趣的功能塊。更明確的說，我們推廣了現有的切割枚舉方法，讓它變成一個子電路枚舉方法，然後確認該子電路是否正好是預先定義好的巨集庫的一員。實驗結果顯示我們的方法無法擴展至含有數千個邏輯單元的電路，肇因於過大的計算複雜度。

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使用溫度補償技術的高精確度阻抗數位轉換器之設計

本篇論文針對阻抗量測電路提出了新的技巧，改善傳統方法所遇到的問題。阻抗量測器在日常生活中很常見，例如體脂機，而在生物醫療方面也能夠用來進行癌細胞檢測，除了上述中較常見的應用之外，只要是物質的阻抗有變化時都能夠使用阻抗量測器進行檢測，例如酒類的釀造或是肉品的腐敗之類的。為了能在各種應用中能更準確的觀察阻抗的細微變化，阻抗量測器的精確度需要被考量，而因為在各個應用中的環境溫度並不相同，所以阻抗量測器受環境溫度所影響的問題也是需要被注意。本論文提出使用相位誤差抵銷技巧，改善了傳統架構中在阻抗的相位量測上精確度較差的問題。並且在系統中加入了溫度補償技巧以及積分類比數位轉換器，避免阻抗量測器受到環境溫度所影響而且輸出為數位信號可以讓後端電腦能夠直接分析資料。本論文的阻抗數位轉換器以0.18-μm互補式金屬氧化物半導體製程製作並驗證。此阻抗數位轉換器使用1.8V的供應電壓源，消耗的功率為7.92mW，在輸出結果為類比信號時，阻抗振幅量測誤差為+1.03%/-0.93%，阻抗相位的量測誤差為+0.87°/-0.73°，在輸出結果為數位信號時，阻抗振幅量測誤差為+1.35%/-1.23%，阻抗相位的量測誤差為+1.06°/-0.89°，在溫度範圍25°C至100°C時，阻抗振幅端的溫度係數為180 ppm/°C，阻抗相位端的溫度係數為156 ppm/°C。

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擁有短重鎖時間鎖頻迴路或頻寬提升技術之次取樣式鎖相迴路

這篇論文的主題主要分為兩個部分，第一部分實現了一個可以忍受電源供應干擾，擁有短的重鎖時間的次取樣式鎖相迴路。使用一個由取樣式相位頻率偵測器，電壓轉電流轉換器，微小死區產生器組成的額外的鎖頻迴路幫助鎖定。在0.18μm CMOS製程下的模擬結果，在除數從45變為44的情況下量測的重鎖時間為0.5μs,在電源供應有很大干擾的情況下模擬的重鎖時間為1.45μs。電路功耗為13.6mW。在鎖相迴路輸出2.2GHz,除數為44的條件下， 模擬的參考突波為-58dB。 第二部分實現了一個擁有一個次取樣式延遲鎖定迴路的次取樣式鎖相迴路,擴充頻寬並得到小的抖動。此外，一個下降緣調整迴路用於使參考時鐘的下降緣與鎖相迴路輸出時鐘的上升緣對齊。此設計的次取樣式鎖相迴路被實現在0.18μm CMOS製程上，總電路的有效面積為0.185mm2。鎖相迴路輸出2.2GHz,除數為44的條件下，模擬的1MHz與4MHz位置的頻帶內相位雜訊分別為-117.4dBc/Hz和121.7dBc/Hz。從100kHz積分到100MHz的均方根時間抖動為441fs,提升91fs。參考突波提升7dB。

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一個使用自適應調節導通時間來提高功率轉換率的13.56MHz混合模式無線功率接收器

電壓型無線功率接收器通過使用耦合線圈，直接轉換無線功率到電池上。如果轉換的電壓高於電池電壓，則這種功率接收器具有較高的功率轉換效率。但是，當這個轉換電壓低於電池電壓，需要一個額外的升壓DC-DC轉換器來提高電壓，這就會使PCE下降。相反，電流型無線功率接收器在低輸入功率下，採用多次共振來累積能量，從而避免使用額外的DC-DC轉換器，從而提高PCE。但是，當輸入功率增加，這種功率接收器的連接損耗增加，從而使PCE下降。因此，為了擴展輸入功率範圍以及提高PCE，混合型無線功率接收器被提出，這種功率接收器結合了電流型以及電壓型的優點。 這篇論文的主題主要分為兩個部分，第一部分提出了一個具有自動控制脈衝寬度以及共振次數的13.56MHz電流模式無線功率接收器。此電路並不同於既有文獻，在保留其同樣的充電原理下，提出了一個新的零電壓偵測器，一個新的零電流偵測器，以及一個自適應調節共振次數控制器。這個零電壓偵測器使用相位偵測器以及數位控制延遲器來實現。這個零電流偵測器使用兩個不同大小的並聯電晶體以及數位控制延遲器來實現。這個自適應調節共振次數控制器使用峰值電壓偵測以及共振次數計數器來實現。 第二部分實現了一個具有自動控制脈衝寬度13.56MHz混合模式無線功率接收器。為了提高在高輸入功率情況下的功率轉換效率，在電流模式無線功率接收器的基礎上加入一個電壓模式的充電路徑。這種無線功率接收器稱為混合模式無線功率接收器。使用一個電流模式的時間控制器以及一個電壓模式的時間控制器分別控制電流模式充電以及電壓模式充電。

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使用原始對偶演算法與顯著性篩選之灰階影像著色演算法

影像著色演算法的目標是對一張灰階影像添加適當的色彩。傳統人工上色需要花費大量時間與人力，電腦輔助演算法的出現使得整個上色流程更有效率。由於其廣泛的應用，例如老舊照片修復、感測器融合等，近年來逐漸受到研究重視。然而影像上色本身是一個極度不適定且模稜兩可的問題，因為對於一張灰階影像，可能的色彩組合有非常多種。因此，使用者互動或是對於目標影像的先驗知識扮演了重要的角色，主要可分為三大類：基於塗色、基於參考圖像，以及全自動之上色方法。 本篇論文提出基於參考影像的著色演算法，給定一張內容相似的彩色參考圖像，可將其色彩轉移至目標影像，輸出視覺上自然合理的上色結果。本篇論文提出之方法結合了像素、超像素，以及基於圖像分割方法之優點。本篇論文有兩大特色：第一，不同於其他著色演算法中常見的特徵匹配流程，本論文提出了顯著性篩選流程，利用高層次的顯著性資訊來縮小匹配範圍，提升匹配準確度。第二，提出一個非凸的最佳化模型以輸出最終色彩。此模型包含三種邊緣感知的規律化項，可以在傳遞色彩的同時，保持亮度與色度通道間結構的一致性，因此可以有效解決區塊效應與光暈效應，並有很好的邊緣保持效果。最後，實驗結果顯示，與其他文獻中表現較佳的演算法相比，本文提出之演算法可以得到良好的上色結果。

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使用電容放大技術的0.0091mm^2孔徑雙重取樣鎖相迴路

本論文為一個縫隙雙重取樣之鎖相迴路並採用電容放大技術。在現今5G通訊與穿戴式裝置技術快速的進步下，負責提供參考頻率的鎖相迴路必須朝著小面積、低雜訊的方向努力。然而，鎖相迴路中的低通濾波器往往由被動元件組成，因此佔據了很大的面積。此外，鎖相迴路中的充電汞會因為電流注入和電流分享的效應產生嚴重的參考突波，進而影響鎖相迴路的效能。 本篇論文為了解決上述提及的問題，討論並且提出了解決的辦法。首先，我們使用了電容放大技術，將原本佔據很大面積的低通濾波器，縮小了大約85%的面積。接著，我們使用了一個擁有三個運算放大器的緩衝充電汞，用來減少電流注入與電流分享的效應。最後，為了降低相位雜訊，本篇論文採用縫隙取樣技術，在參考訊號和除頻器輸出的頻率相同且相位差小於180度時，會關閉增益較低的頻率/相位偵測器，改用增益較高的縫隙取樣來鎖相，並且在縫隙取樣時，在每個參考頻率下比較相位兩次，因此在迴路關掉除頻器的同時，將其貢獻的相位雜訊降低至N^2/4，並同時降低參考突波。 本晶片使用台積電90奈米標準CMOS製程，晶片的主動面積為0.0091mm2，供應電壓為1.2V，參考頻率為93.75 MHz，震盪頻率為3 GHz，參考突波為-51dBc，在位移1MHz的相位雜訊為-93 dBc/Hz，方均根的抖動量是1.52ps，峰對峰的抖動量為2.86ps，功率消耗為10.8 mW。

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一個具有自適應注入鎖定技術之0.5V Sub-GHz鎖相迴路應用於物聯網領域

近年來，5G通訊蓬勃發展，隨著製程及物聯網技術的不斷進步，穿戴式裝置、IoT晶片與生醫晶片應用也越來興起。然而，產品也越來越注重在小面積，長生命週期的趨勢，各項電子產品的生命週期皆受限於電池的壽命長短，因此低功耗的設計越顯得更加重要。 隨著物聯網與製程的不斷進步及網路通訊協定的制定，產業界在NB-IoT、LTE-M晶片布局與穿戴式裝置的應用也越發興起，由於頻段的壅塞使得全球5G通訊協定有將近50%設立在Sub-GHz下的頻段。根據國際半導體科技組織的報告指出，下一世代低功耗電路設計，其供應電壓將下降至0.5V以下，因此本篇電路設計將應用在0.5電壓伏特且Sub-GHz的規格下。在積體電路系統中，鎖相迴路負責提供參考頻率，但是在低電壓的環境下，電晶體的電流會降低至數十微安培，微弱的電流導致鎖相迴路的操作頻率受到限制。除此之外，低電壓的環境也意味著雜訊效應會變得更加明顯，進而使得電路表現明顯變差。 本論文提出改善及討論的方法以克服低電壓架構的限制。晶片採用TSMC 90nm標準CMOS製程實現，晶片面積和核心面積分別為0.570mm2 和 0.065mm2。我們提出了一個操作在供應電壓0.5伏特的自動注入鎖定之鎖相迴路，鎖定頻率為870MHz至1310MHz。當操作頻率鎖定在Sub-GHz時並且開啟自動注入的狀態下，位移1MHz的相位雜訊為 -101dBc/Hz，積分範圍從1kHz到30MHz的方均根抖動量為5.33ps，參考突波為 -41.2dB，功率消耗為362.6μW。 在供應電壓0.5伏特及低功耗的條件下，我們將採用改良式之Bootstrapped 技術來提升震盪器的操作頻率。差動對Bootstrapped技術可以增加震盪器輸出訊號的震幅進而增加電晶體驅動電流的能力，差動的架構也會有效地消除低壓下的雜訊影響。另外，改良的CP克服了電壓的限制也有效地降低參考突波。針對相位雜訊的問題，我們採用了次諧波注入鎖定的技術來抑制震盪器的相位雜訊和抖動。我們的設計為全自動注入鎖定。

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應用於結腸鏡檢查質量保證之電腦輔助盲腸到達率監視之方法

結腸鏡檢查為當今預防大腸癌發生的最佳方法，不過因為其為人為操作的技術，品質管理與監測亦為相當重要的一環，當中以四項指標來評估結腸鏡檢查之品質，如盲腸到達率(Cecal Intubation Rate)、腺瘤偵測率(Adenoma Detection Rate)、腸道準備(Bowel Preparation)以及退出時間(Withdrawal Time)，研究發現，盲腸到達率低會導致結腸鏡檢查後大腸癌發生率提高，為了提高醫療質量，美國胃腸病學院(ACG)和美國胃腸內視鏡學會(ASGE)均建議計劃進行結腸鏡檢查的患者向內視鏡醫師詢問其個人盲腸到達率，但是大多數內視鏡醫師很可能不容易了解這些數據，僅能提供估算的結果。因此，在本論文中，我們針對盲腸到達率提出一套新的偵測方法，透過深度學習和卷積神經網路採用新穎的Xception及EfficientNet架構，並以F1分數處理類別不平衡的問題，最後使用集成學習進一步改善預測結果，自動化判斷每一次結腸鏡檢查是否到達盲腸，以增加結腸鏡手術的品質。實驗結果顯示，我們提出的方法與之前相比，提升了9%以上的準確率並達到90.66%的靈敏度以及86.60%的特異度。