• 學位論文

銀奈米粒子固定於奈米孔洞陣列結構之鎳離子感測應用

本研究利用奈米球微影術 (nanoshpere lithography) 製作以銀為材料的奈米孔洞陣列 (nanohole array) 結構。同時，利用化學還原合成法製備銀奈米粒子 (silver nanoparticle) ，並在其表面修飾上硫普羅寧 (tiopronin)。接著將銀奈米粒子固定於金屬銀的奈米孔洞陣列，形成新穎的奈米粒子固定於奈米孔洞陣列結構 (nanoparticle-in-nanohole array)。利用新穎的奈米結構，進行試片對於金屬鎳離子 (nickel (II) ion) 的感測；此外，亦透過改變環境介質的折射率，對本研究之新穎奈米結構試片的感測靈敏度 (sensitivity) 進行探討。 本金屬離子感測器的檢測試片 (sensing substrate) 主要由2個部份組成，第一部份為金屬銀奈米孔洞陣列，其製備乃利用帶有正電荷的離子型高分子-聚二烯丙基二甲基氯化銨 (polydiallyldimethylammonium chloride, PDDA) 進行玻璃表面改質，使基板帶有正電荷，接著排列聚苯乙烯 (polystyrene, PS) 奈米球作為微影遮罩，輔以氧電漿 (O2 plasma) 蝕刻聚苯乙烯奈米球，再以電子槍蒸鍍沉積銀金屬後舉離 (lift off) 奈米球遮罩，完成金屬銀奈米孔洞陣列。第二部份為表面修飾硫普羅寧的銀奈米粒子，則由化學還原法合成銀奈米粒子，並於銀奈米粒子表面自組裝硫普羅寧分子，完成具有可與金屬鎳離子進行配位螫合反應能力的表面修飾硫普羅寧銀奈米粒子。接著將修飾硫普羅寧的銀奈米粒子固定於金屬銀奈米孔洞陣列當中，形成新穎的銀奈米子固定於銀奈米孔洞陣列結構。 本研究將修飾硫普羅寧的銀奈米粒子固定於金屬銀奈米孔洞陣列試片，置於鎳離子濃度從1 × 10-4 至 1 mM的環境中，透過紫外光-可見光光譜儀 (UV-Vis) 量測檢測試片的光學吸收度。由實驗結果發現檢測試片之特徵峰強度，隨著鎳離子濃度的上升而增強。此外，本研究亦透過將檢測試片置於空氣、水、乙醇、異丙醇等不同折射率的環境介質中，量測檢測試片的吸收峰位移與環境介質折射率的關係，可得到本研究所製備的金屬鎳離子感測器靈敏度可達21.23 nm/RIU。

• 學位論文

應用於無鉛銲點之低電阻薄鎳鈀金表面處理技術：界面相變化、接合強度及最佳鎳(磷)層厚度設計

在覆晶封裝技術(flip chip technology)中，銲點的可靠度扮演著舉足輕重的角色。成功的銲點除了擔負晶片與印刷電路板間的接合外，也需要確保晶片與電路板間的高品質電訊號傳輸。近年來，無電鍍鎳鈀浸金(ENEPIG)被廣泛的應用於電子封裝中的金屬銲墊之表面處理，其製程的穩定性乃至於機械性質上的表現將相當優異。然而，ENEPIG中的非晶態鎳磷層電阻率極高，容易造成接點整體的電阻升高而造成電訊號的延遲和過多的功率耗損，因此，尋找低電阻的表面處理技術變成了相當重要的課題。 　　本研究嘗試將ENEPIG中的無電鍍鎳磷層減薄至次微米尺度(薄鎳鈀金，Ultrathin-ENEPIG)來改善其電阻過高的問題，無電鍍鎳磷層的厚度為0.05至0.31微米。實驗結果顯示薄鎳鈀金之無電鍍鎳磷層經過第一次回銲後便被消耗完畢，計算結果也證實薄鎳鈀金的電阻值較傳統ENEPIG低了約一個數量級。於是接下來的問題便是，在考量低電阻和機械性質可靠度的情況下，0.05至0.31微米的無電鍍鎳磷層厚度間其最佳的厚度為何。 　　根據高速剪力撞球測試的結果，薄鎳鈀金在無電鍍鎳磷層厚度為0.18和0.31微米時其機械強度的表現相當優異，然而在經過1000小時的時效熱處理後，0.31微米的薄鎳鈀金由於錫和銅原子對於Ni3P層擴散速率的差異而使的界面產生大量的奈米空孔，進而使的銲點強度快速劣化。反之，0.18微米的薄鎳鈀金由於有較多的Ni3P相與錫反應生成Ni2Sn1+xP1-x相而抑制了奈米空孔的生成，也使的經過長時間的時效反應後期機械強度並沒有太明顯的下降。此外，透過低速剪力疲勞測試顯示，薄鎳鈀金中針狀的介金屬化合物可提供對裂紋額外的幾何強化，也能提高和點抵抗外應利變形的能力。 　　總結來說，儘管薄鎳鈀金確實保證了銲點的低電阻特性，然而在長時間的使用下其機械強度下降的程度比起傳統ENEPIG要來的明顯。儘管如此，當我們在薄鎳鈀金中選擇0.18微米的無電鍍鎳磷層厚度時，不僅是其電阻值低，在長時間使用後的機械強度穩定性也相當良好。

• 學位論文

兩種水棲昆蟲之吸附結構與機制研究：以石蛉幼蟲與網蚊幼蟲為啟發

水棲昆蟲生活在溪流中，為了適應湍急的流速，演化出各式各樣的構造。水棲昆蟲利用幾種不同的構造與機制，以貼附在石頭表面，以便在激流中存活。本研究針對兩種水棲昆蟲：石蛉幼蟲以及網蚊幼蟲，以材料科學與工程之角度，探討其顯微結構以及吸附機制。透過光學顯微鏡以及電子顯微鏡，可得知此與吸附機制有關的多層次顯微結構。並利用離心儀量測臨界轉速評估這兩種昆蟲在不同吸附表面的吸附能力。而比較此兩種昆蟲的吸附機制，發現運用吸盤吸附的昆蟲在平滑表面的吸附能力較佳；而運用鉤子、爪子以及顆粒狀墊片的昆蟲，則較能吸附在粗糙表面上。此外，針對網蚊幼蟲的吸盤，進行更深入的研究，應證皺褶表面、內向剛毛、外向纖毛以及吸盤開口等顯微結構，和其對應的功用。試驗結果顯示，毛細作用對於吸盤的水中吸附的貢獻度不大。而根據離心測量儀測得到吸附能力進行比較，以鐵氟龍片為基板，網蚊幼蟲可吸附之臨界轉速高達1600rpm，約為石蛉幼蟲的五倍。網蚊幼蟲特殊的吸盤結構以及吸附能力，可望提供水中吸附與新型仿生吸盤設計與製造之靈感。

• 學位論文

藉由介電質環形超穎材料達到隱形斗篷的效果

在2006年和2009年，兩個研究團隊分別提出了兩種隱形斗蓬裝置 - internal cloak 以及 external cloak，這兩種裝置都能夠使物體達到隱形的效果，然而他們各自也都會受到一些使用上的限制。舉例來說，internal cloak的工作原理是將電磁波偏折而繞過中心的隱藏區域，因此在裝置內被隱藏的物體無法與外界交換任何的訊號而變得如同盲人一般；另一方面，external cloak應用了散射場抵銷(scattering cancelation)的概念，因此需要客製化的設計，同時被隱藏物體的移動也被有所限制。 在本論文中，我們期望能夠設計出一種非常類似於小說中哈利波特的隱形斗篷的隱形裝置；確切地說，此種隱形裝置不需要客製化即能夠隱藏任意的物體，同時隱藏物體的視覺以及移動不會受到此隱形裝置的限制。 首先，我們利用有限元素分析法進行模擬以驗證提出的理論，其模擬結果與理論預測相當吻合，但是由於在現實中沒有材料可以達到理論所提出的連續的本構參數(constitutive parameters)，因此，為了設計出能夠實際應用的裝置，我們再次利用有限元素分析法模擬找出將裝置分層的最佳方式，並且利用有限積分法模擬以設計裝置中各個區域的本構參數，最後的模擬結果驗證了我們所提出的介電環超穎材料隱形斗蓬裝置。 最後，為了以實驗驗證模擬的結果，我們以氧化鋯圓環組成隱形裝置的結構，為了測試其電磁波特性，我們架設了平面波導裝置並且將隱形斗篷置於平面波導之中，接著量測電磁波在平面波導的分佈做出場圖。實驗量測的結果與模擬十分接近，但是由於實際的量測會受到試片公差或是邊界條件的誤差這些因素的影響，因此在場途中我們仍然會在隱形斗篷的周圍發現少許的散射場；然而我們認為一旦實驗中的條件能夠完全符合模擬中的設定時，我們即能夠達到相當接近哈利波特隱形斗篷的隱形裝置。

• 學位論文

A miniaturized rectangular-profile microstrip bandpass filter enabled by triple-mode resonance for IEEE 802.11ac applications

We have proposed a 5 GHz microstrip-line-based bandpass filter in the applications of future wireless communication, which locates at 4.9 to 5.85 GHz of IEEE 802.11ac regulated by Federal Communications Commission (FCC). The proposed filter is composed of a folded half guided-wavelength coupled-line resonator and a pair of folded T-shaped open-end stubs, which are slightly longer and shorter than the quarter guided-wavelength. The bandpass filter possesses the sizes of 0.330  0.150, which is compact compared to a traditional hairpin-line bandpass filer, an interdigital bandpass filter, and an open-loop bandpass filter, etc., which are on the level of 0.520  0.300, 0.500  0.330 and 0.870  0.290, respectively. Note that, 0 represents the guided wavelength of the substrate at the central frequency. Next, we manipulate the lengths of the coupled line and the two open-end stubs to obtain the three transmission poles in the passband that a three-order bandpass filter can be achieved. This proposed bandpass filter can be further analyzed by the electrical circuit. The certain part of the entire structure can be corresponding to the electrical components, such as an inductance, a capacitance and an inverter. The selectivity of our bandpass filter is great because the two transmission zeroes locate outside the frequency range of the passband with the band-edge transitions equal to 113 and 48.6 dB/GHz on the lower and higher frequencies, respectively. Moreover the stopband is suppressed below -20 dB down to DC and up to 12 GHz. In addition, the performance of the insertion loss and return loss are further improved by designing an impendence-matching line, which are to 0.6 and -22 dB, respectively. Finally, the proposed filter is fabricated on the Roger board 5880 by the printed-circuit-board (PCB) fabrication process and measured by the high-frequency measurement system, a vector network analyzer Agilent N5245A. The measurement results agree with the simulated results well.

• 學位論文

利用高速擺錘衝擊與摔落測試評估單邊與雙邊接合銲料接面之界面反應、元素分佈、晶向生長結構與 機械性質可靠度

藉由高速擺錘衝擊與摔落測試等不同的機械性質評估，嘗試鑑別銲料接面之機械性質與可靠度準則，利用一系列具不同鈀含量之單邊與雙邊銲料接面試片進行，不同的機械性質表現可利用統計歸納的方式進行比較。在高速衝擊測試下，含0.06 μm鈀層厚度的SAC305/ENEPIG銲料接面表現較佳，歸因於僅單一Cu6Sn5相生成在界面當中。然而，在利用摔落測試比較測量不同的雙邊接合試片時，含0.1 μm鈀層厚度的ENEPIG/SAC305/immersion Sn銲料接面呈現較佳的機械性質表現，可歸因於其較薄且層狀結構之介金屬化合物生長在界面。可預期的是，透過比較單邊及雙邊接合試片，並分別利用高速衝擊與摔落機械測試方式，可嘗試建立機械性質可靠度測試之準則。此外，在單邊與雙邊接合試片中，亦對ENEPIG表面處理的最理想鈀層厚度沉積進行驗證與確認。 由於機械應力累積的關係，經由摔落測試後的銲料接面大部分的失效區域都會靠近PCB(銅)板端的界面。其中裂縫與鈀添加後微量元素的分佈情形之關聯性，可藉由電子微探儀(FE-EPMA)的元素分佈圖進行確認。當ENIG與ENEPIG的雙邊接面試片在摔落測試下，裂縫會朝向最弱的界面進行延伸，即在Cu6Sn5和Cu3Sn兩相之間。介金屬化合物的形貌與厚度會主導裂縫的初始位置與持續延伸的狀況。在經過熱處理後，ENEPIG (Pd 0.1)/SAC305/immersion Sn的雙邊接合銲料接面呈現出層狀與較薄的介金屬化合物生長，使得裂縫延伸至較弱的界面有較長的距離，因此，其摔落測試呈現較佳的機械強度表現。 另外，銲錫接點中的晶粒結構與方向性是目前相當重要的可靠度議題，因此本研究利用背向電子繞射儀(EBSD)觀察介金屬化合物與銲錫，其晶粒結構的變化和晶粒的生長方向性將是研究的重點。在本研究中發現，介金屬化合物在ENEPIG(鎳)端及浸錫(銅)端的生長方式及優選方向有所不同，此一差異可能肇因於雙邊接合試片中兩端不同元素的交互擴散影響所至。為證實熱與機械應力是否會影響銲錫的晶粒結構與優選方向，分別觀察ENIG與ENEPIG的雙邊接面試片中經過熱處理與摔落測試後之銲錫。結果得知，鈀元素會穩定銲錫的晶粒結構與方向，在承受熱與機械應力的衝擊下，抑制減緩晶粒細化、再結晶、與其變形。特別在剛完成迴焊過程後，銲錫含鈀的晶粒形成單晶的晶粒結構，且銲錫之c軸大多呈現平行於基板的狀態。最後，針對雙邊接合試片中影響介金屬化合物生長方向的原因進行探討，並與所觀察到之晶粒結構與方向差異相關連，提出可能的反應機制。

• 學位論文

真空製程有機及鈣鈦鑛太陽能電池之元件與光學研究

本篇論文研究以真空蒸鍍製程之有機及鈣鈦鑛太陽能電池之光學與元件結構對其元件表現之影響。 首先，第一部份分別介紹了真空蒸鍍有機小分子與鈣鈦鑛太陽能電池的發展現況，接著分別簡介其理論及工作機制。 論文的第二部份，我們針對真空蒸鍍有機小分子太陽能電池中之各種性質，包括光學常數、分子定向與排列、薄膜形態、載子傳輸、元件動力學、元件表現以及其中的關聯等進行系統性的研究。第二章描述CuPc薄膜表現出的單軸光學不等向性，其光軸方向垂直於基板表面；而CuPc與C60的混合層則表現出較弱的光學不等向性。在第三章中我們揭露了DBP與C60的混合比為1:2時，其平面混合異質接面結構元件有最佳的元件表現，是由於其具有適當的晶粒大小、部份連接的受子晶粒、緊密排列且平行於基板方向的施子分子等良好特性。在第四章中，使用兩種不同類型(施子-受子、受子-施子-受子)的小分子製作成的元件皆具有不錯的元件表現，其能量轉換效率分別為4.2%與3.8%。 論文的第三部份，我們展示了一個創新的鈣鈦鑛太陽能電池製作方法，並透過光學模擬的方式進一步對元件結構進行優化，實際製作出的鈣鈦鑛太陽能電池顯示了高達15.4%的卓越效率。至於光學模擬的部份，我們的計算結果表示經過適當的元件結構設計，鈣鈦鑛太陽能電池在不加入抗反射層及散射層的情況下，能量轉換效率可達到20%。在與銅銦鎵硒薄膜共同製作成為串接式太陽能電池後效率更可望達到29%。

• 學位論文

Plasmonic-Enhanced Infrared Absorption Signal Optimized by a Prototype of Genetic Algorithm Method

Vibrational spectroscopy of bio-molecules affords a unique tool to detect chemical fingerprints of a material during the mid-infrared region, prompting it an analytical method of choice for life sciences, medicine, food safety, and biotechnologies. However, the intrinsic cross sections of some molecular vibrations for infrared spectroscopy are rather than small, which limits application of low concentration detection. To improve the sensitivity, a surface-enhanced infrared absorption (SEIRA) spectroscopy is an engaging method for increasing the prominence of vibrational modes in the infrared spectroscopy. To nowadays, nanostructures with plasmonic resonances have been widely applied to SEIRA spectroscopy such as optical antennas, optical resonators, grating-coupled structures, and so on. These resonant structures can enhance the vibrational features about several orders of magnitude by tuning the plasmonic resonances to the vibrational bands of the molecules. On the other hand, multi-spectral interrogation of vibrational signatures provides an accurate way for determining the molecular composition of a sample in order to confirm the presence of target species, and reduces the number of false positives during bio-sensing experiments. Still, most of plasmonic structures are limited by just a single band response and hence are not suitable for multispectral sensing of different biomolecules at once. In this research, we will propose a new route to designing a metamaterial-based multi-band infrared absorption device through our home-made genetic algorithm (GA) method in mid-infrared region. This complex structure can provide higher enhancement factor and hot spot density than that of nano-antenna; we started from the optimization process of GA combined with finite-integration-time-domain method, followed by nano-fabrication through electron beam lithography process, and the optical properties of the optimized structure were characterized in infrared region by Fourier transform infrared spectrometer. Finally, the SEIRA activity was demonstrated by spin coating PMMA thin film on the array. Compare the signal with and without an analyte, the enhancement can be achieved about 2.1 at 52 THz.

• 學位論文

砷化鎵奈米線/PEDOT:PSS混合型太陽能電池研製

由於砷化鎵基板仍十分昂貴，且太陽能電池需要同時兼顧效率與成本，近年來，核殼結構砷化鎵奈米線不再成長於砷化鎵基板上，而是以鎵自催化方式成長於矽基板上。為了做成太陽能電池元件，核殼結構砷化鎵奈米線必須在基板與上電極間製作一層絕緣層以防止短路，然而砷化鎵奈米線在此方面的製程上仍然找不到一個合宜的解決方式。 PEDOT:PSS是目前最有潛力的有機半導體材料之一，且與砷化鎵及矽皆能形成合適的P-N接面，不須顧慮到短路的問題。本研究即以導電高分子PEDOT:PSS作為P型半導體材料，取代核殼結構太陽能電池中的殼層。我們分別在砷化鎵奈米線與氧化銦錫導電玻璃上旋轉塗佈一層PEDOT:PSS薄膜，再將奈米線與導電玻璃結合，形成砷化鎵/PEDOT:PSS混合型太陽能電池元件，並分別對不同直徑、長度的奈米線及PEDOT:PSS旋轉塗佈速度進行轉換效率的探討。本研究中得到的最高效率為4.58 x 10-3%。

• 學位論文

磷酸鋰鐵前驅物暨包碳電池改質研究

因申請專利緣故，資料延後公開