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氧化鋅奈米線輔助電沉積法成長氧化鎢薄膜之電致色變性質研究

本研究以電沉積法製備氧化鎢電致色變層，並輔以氧化鋅奈米線，應用於電致色變元件。本實驗分五部份進行，第一部份為使用定電流法沉積氧化鎢薄膜，第二部分使用定電壓法沉積氧化鎢薄膜，第三部分探討不同沉積時間對氧化鎢薄膜的影響。第四部份將試片去做退火熱處理，觀察結晶對電致色變性質的影響。最後部份為成長氧化鋅奈米線，先以濺鍍法在基板上沉積一層摻鋁的氧化鋅薄膜作為種子層，再以水熱法成長氧化鋅奈米線。將不同條件下成長的氧化鋅奈米線以穿透式電子顯微鏡觀察其表面形貌，再量測其穿透率，其穿透率隨成長時間上升而下降，成長15分鐘的氧化鋅奈米線穿透率已下降到70%。最後在不同基板上成長氧化鋅奈米線，以電沉積法在其上方沉積氧化鎢薄膜，觀察氧化鋅奈米線與電致色變的相關性。定電壓法沉積出之薄膜較定電流厚，退火後會使電致色變效果變差。沉積在摻鋁氧化鋅奈米線上的薄膜有最佳的電致色變性質，其著色效率可達15.40 cm2/C。

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以電化學法在乙二醇溶液中沉積Bi-Sb-Te薄膜及奈米線之研究

本研究首先利用循環伏安法探討Bi-Te、(Bi,Sb)2-xTe3+x在含有TeCl4，SbCl3以及Bi(NO3)3˙5H2O乙二醇溶液中的沉積行為。乙二醇溶液是除水之外可作為溶劑的另一種選擇，且乙二醇溶液具有可以在較負的電位下進行電沉積而不產生溶劑還原反應的優點。實驗結果發現當施加電位介於0.4V~-0.2V vs Ag/AgCl之範圍時，主要為Te金屬形成，而BiSbTe三元化合物則是出現在-0.2V~-0.6V的區間，此外沉積薄膜的組成主要是受乙二醇溶液中離子濃度的影響，其次才是沉積電位。為降低離子濃度對薄膜組成之影響，本論文採用脈衝電鍍方式來調控沉積物的組成比例，可以將沉積物中之(Bi+Sb)/Te比例調整至理想之2/3。另外，在本研究中亦採電化學沉積法嘗試於陽極氧化鋁板內製造不同成份的奈米線材，實驗中發現所製得的奈米線為非晶型，且受反應動力、質傳控制的相互作用使得奈米線成份趨向於Te-rich。

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鐵酸鉍摻雜錳與二氧化鋯絕緣層電容器之電特性分析

在此論文中，利用射頻磁控濺鍍法製造出金屬-鐵電層-絕緣層-半導體的電容，鐵電層為鐵酸鉍摻雜錳及絕緣層為二氧化鋯所完成的 MFIS結構電容。二氧化鋯絕緣層厚度為20，40與60奈米。摻雜錳之鐵電層厚度為250 nm。BFO使用射頻濺鍍製成，錳使用直流系統摻雜，直流系統功率為5 W、10 W、15 W。濺鍍時氬氧比為30/2、30/3、30/6 sccm/sccm。用快速熱退火方式使鐵電薄膜產生結晶，熱退火在充滿氮氣的環境下，溫度升溫到500℃、600℃、或700℃。使用鋁做為上電極，再做PMA退火於400℃，於氮氣環境下持溫30秒。 結果發現，電容器經過熱退火，其電容器的記憶視窗會因為熱退火的溫度愈高，記憶視窗愈大。然而高退火溫度也會導致氧化鋯絕緣層會產生結晶，而增加漏電流。因此只要考慮熱退火的溫度，並在MFIS電容器的記憶視窗寬度與漏電流兩者間取得一平衡值。甚至此實驗結果也顯示出鐵電記憶體的表現可以藉由摻雜錳與氧到BFO薄膜做改善。文獻指出因為錳的直徑(0.072奈米)與鐵的直徑(0.069奈米)很接近，所以錳可以作為取代鐵的元素。因跳躍電子關係，鐵會填補氧空缺。在退火溫度600℃且氬氧比是30/6 sccm/sccm時，其最大的記憶視窗是3.04 V。

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先進矽鍺元件之應力估算與效能分析

隨電子產品輕薄短小及功能多樣化之潮流，傳統之矽基半導體元件已無法符合下一世代元件於速度或功能之要求，因此除藉由縮減元件特徵尺寸外，應變工程之導入對於奈微電子元件之效能提升益顯重要。然而，電路圖案化之影響諸如具突起之多晶矽閘極對窄通道元件之引致應力大小，相關文獻卻鮮少有完整地討論。 有鑑於此，本研究系統性地探討應變工程對於突出之多晶矽閘極寬度於具窄通道之P型半導體元件之性能表現。本論文分為兩部份，首先使用因子實驗設計概念結合有限元素之模擬法，對PMOS半導體元件進行應力模擬。分析時選擇四個重要設計因子，分別為延伸閘極寬度、源∕汲極長度、元件通道寬度，以及CESL內含應力值進行變異數分析，並討論其對於載子遷移率之影響性。由變異數分析可得知其因子重要影響程度前三項依序為CESL之應力值、CESL應力值與延伸閘極寬度兩因子間之交互作用，延伸閘極寬度。由上述分析獲知，延伸閘極寬度這一設計因子對於半導體元件其載子遷移率增益之影響為十分重要。其次，為了瞭解CESL應力與延伸閘極寬度兩因子間之交互作用關係，故於本研究使用中央合成設計法得到該因子間之反應曲面圖。藉由該曲面圖吾人可以進而獲得其優化之組合關係。 第二部份，由於在文獻中可得知矽鍺合金源/汲極長度愈長則P型半導體元件其阻值會隨之減少。因此對不同大小之延伸閘極寬度與矽鍺合金之源/汲極長度進行敏感度分析，討論元件不同方向其應力值與載子遷移率之增益。分析結果指出當延伸閘極寬度於0.2 m時，其所貢獻之載子遷移率為最大。

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氧化釔摻鋯之堆疊高介電係數介電層應用於MOS電容之特性分析

當電晶體的尺寸隨著趨勢逐漸微縮，傳統二氧化矽製成的閘極氧化層達到了物理極限，導致漏電流劇增。因此，高介電係數材料取代傳統二氧化矽做為閘極氧化層的文獻陸續被發表。氧化釔是一個有潛力的高介電係數材料，因為氧化釔的高介電係數(12-18)、寬的能隙(5.5 eV)、熱穩定度高，與矽的相容度很高，且跟矽的晶格不匹配的程度較低。不過氧化釔容易與矽產生擴散形成界面層。另外一方面，由於氧化鋯適合做為閘極氧化層的材料，但它的結晶溫度較低，在高溫製程後會容易有結晶的現象。基於上述，本研究選擇氧化釔做為基礎，摻雜鋯至氧化釔中，形成介電層。接著覆蓋一層氮化鋯，藉由氮化鋯的特性，做為一層阻擋層，希望能減少擴散的產生。最後鍍上一層鈦金屬，在不同溫度的快速熱退火之後，量測該電容器的電性與物性。實驗結果顯示摻雜鋯後，會使高介電係數介電層在高溫製程後會有結晶的現象產生，導致薄膜表面較粗糙；覆蓋一層氮化鋯，可以減少擴散現象的發生，但如果氮化鋯的厚度不足，還是會有擴散產生。

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Ni-P-PTFE複合層化學鍍製備與其抗沾黏特性之研究

鎳磷合金(Ni-P alloy)有優異的硬度(> 600 Hv)、耐磨耗及化學耐蝕性，已為機械、模具、汽車、光電及電子製造等領域廣泛的應用。聚四氟乙烯(鐵氟龍) (poly-tetra-fluoro-ethylene, PTFE)亦具有優異之自潤滑性(摩擦係數極低)、表面抗粘黏性、超疏水自潔性、耐腐蝕性、絕緣性，在生化、醫療與食品相關器具已有廣泛應用。模造成型之模仁表面如沉積 PTFE之薄膜，可使模仁具有極佳之脫模與離型效果，避免壓印或射出成型之高分子材料沾黏於模仁表面，特別是當進行微/奈米等級結構之成型時，此沾黏現象特別容易發生。然而，此PTFE薄膜一般是以蒸鍍、旋鍍、噴塗、浸漬等方式塗佈於模仁表面，則於脫模離型過程中PTFE薄膜容易產生剝離脫落現象，致使模仁的耐用性不佳，故必須提出其他有效的解決方案。 因此，本研究在化學鍍(無電鍍)(electroless plating)鎳磷合金(Ni-P alloy)的程序中，加入0.2 μm之PTFE顆粒，以進行Ni-P/PTFE複合層之製備。此複合層在應用時，可兼具鎳磷合金優異之硬度與耐磨耗性，以及PTFE膜之低摩擦係數、超撥水性、高抗沾黏等特性。此外，由於PTFE顆粒均勻地鑲嵌於鎳磷合金鍍層內部與表面，顆粒具有不易脫落的特性，可明顯改善僅PTFE塗覆於模仁表面，所造成之模仁耐用性不佳的缺點。化學鍍實驗中分別控制鍍液pH值、操作溫度，PTFE顆粒添加量、界面活性劑FC-134濃度等參數，探討Ni-P/PTFE複合層之析鍍速率、複合層中PTFE之沉積量、微硬度的影響，以及與抗沾黏、自潔性、防污性功能相關之接觸角特性。 實驗結果顯示鍍浴的pH值必須控制在4.80-4.92範圍內，以維持鍍液的穩定性。溫度的提升，析鍍膜可獲得較佳之接觸角度，但隨著浴溫的增加，析鍍速率反而會減少，例如，在85 ℃操作條件下鍍層的接觸角為113.47o、鍍率為15.8 m/hr，95℃時接觸角為146.29o、鍍率為5.7 m/hr。析鍍時間與沉積厚度呈線性關係，時間愈長可得較厚之薄膜，但鍍液中PTFE含量超過7.5 cc/L，沉積速率受到限制反而減緩。杜邦公司(Du Pont)的PTFE懸浮液，其鍍層品質深受界面活性劑FC-134的影響，其最佳條件為95 ℃鍍液含300 mole/L FC-134、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min，可得接觸角度140.01°，鍍層厚度6.5 m、平均硬度173.54 Hv。使用日本World Metal Co, LTD 的PTFE懸浮液，其鍍液可以不使用FC-134，在95℃浴溫、PTFE含量7.5㏄/L、化鍍20 min的最佳條件下，可得接觸角度147.70°，鍍層厚度5.5 m、平均硬度160.80 Hv。目前的研究進度已獲得超疏水性之Ni-P-PTFE複合層，並應用析鍍於具有微結構之Ni-Co模仁表面，可得接觸角141.42°，且實際進行熱印壓模(Hot embossing)之測試，經過壓膜與脫膜實驗後，量測接觸角為137.89°。因此，本研究所製備之Ni-P-PTFE複合層有抗沾黏的能力，可助Ni-Co模仁之離型性效果。

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鋯掺入極薄氧化釔高介電係數閘極介電層之效應

本研究是將鋯加入氧化釔 (Y2O3+Zr)作為氧化層的高介電係數薄膜材料，並成功的製作出MOS電容器。由於氧化釔和其它高介電係數薄膜材料相比，釔很容易跟矽基板產生相互擴散的現象，而鋯本身不僅是高介電係數薄膜材料且鋯和矽之間，有良好的介面品質。並針對本實驗製作出來的MOS電容器的電性和物性做分析與探討。 本研究沉積薄膜的方式是使用射頻共濺鍍技術，在常溫且充滿氬氣的真空腔體，將高純度的氧化釔和鋯之靶材，依照不同的條件濺射沉積在矽基板上，形成一層厚度7奈米的氧化釔/鋯薄膜，之後在充滿氮氣的真空腔體中，分別執行550 ℃、700 ℃和850 ℃的快速熱退火 (RTA)，接著鍍上氮化鋯/鈦/鋁，製成閘極電極。最後再利用電流-電壓 (I-V)、電容-電壓 (C-V)、原子力顯微鏡 (AFM)和X光繞射儀 (XRD)等，分析探討氧化釔/鋯薄膜的電性和物性。 研究結果顯示，氧化釔/鋯薄膜擁有良好的結晶溫度 (約850 ℃)、介電係數和低的閘極漏電流，在經過700 ℃的快速熱退火後，得到的相對介電係數為14.7，閘極漏電流方面，閘極注入電壓為-1 V時，漏電流大小約為10-5 ~ 10-6 A/cm2，基板注入電壓為1 V時，漏電流大小約在10-5 ~ 10-6 A/cm2，漏電流機制符合蕭基發射，其閘極和介電層間、介電層和矽基板之間的蕭基能障分別為1.15 eV及1.01 eV。

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脈衝式電鍍CuInSe2在抗反射結構基板之薄膜型太陽能電池研製

本研究利用脈衝式電壓電化學沉積法，結合非硒化熱處理製程，製造二硒化銅銦(CuInSe2,簡稱CIS)薄膜，並製造上蓋板結構(Superstrate)，與下基板結構(Substrate)之CIS薄膜型太陽能電池，其結構分別為Glass/ITO/ZnO/CIS/Mo與Glass/Mo/CIS/ZnO/ITO。除CIS吸收層薄膜為脈衝式電壓電化學沉積法外，其餘透明導電層700 nm之ITO薄膜、50 nm之緩衝層ZnO與厚度為1 m背電極Mo，皆是利用射頻磁控濺鍍機台沉積。 本研究利用KOH濕式蝕刻技術，蝕刻<100>方向之單晶矽，形成倒金字塔陣列的抗反射結構，再使用SIGA製程(Silizium-Mikrostruktur, Galvanoformun, Abformung, SIGA)，電鑄鎳鈷合金膜仁，成功製作出底部大小為45×45 m2，深度約30m之倒金字塔結構陣列，可用來熱壓低轉化溫度(glass transition temperature, Tg)玻璃基板，形成抗反射結構。 本研究成功由脈衝式電壓電鍍參數、鹽酸濃度與三乙醇胺(Triethanolamine, TEA)螯合劑濃度中，找出適合本研究非硒化熱處理製程之CIS薄膜，在ITO接觸電極基板上，其最佳化參數：三乙醇胺濃度1.0 M，鹽酸濃度0.845 M，Voff與Von分別為-0.4 V與-0.8 V，工作週期(duty cycle)選用50 %，電鍍時間320秒；在鉬背電極基板上之最佳參數：三乙醇胺濃度0.7 M，鹽酸濃度0.56 M，Voff與Von分別為0 V與-0.8 V，工作週期同樣選用50 %，電鍍時間600秒。 本研究為了使用非硒化爐熱處理製程，故將熱處理前之CIS吸收層成分比例，Cu：In：Se調整為1：1：5，並利用鹽酸濃度的調配與熱處理氣體選擇，將鍍層含氧量降至5 %以下，成功克服了一般電鍍製程中，鍍層含氧量偏高之現象。其最佳熱處理參數為使用7 %氫與93 %氬混和氣體，在200 °C 溫度下進行1.5小時之再結晶製程。最後得到薄膜成分Cu：In：Se比例約為1：1：2，此時CIS薄膜呈現類花椰菜之黃銅礦(Chalcopyrite)結構，其結晶顆粒大小約為1.5 m至2 m。

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機械手臂結合影像系統之控制

本論文的研究內容為使用機械手臂結合影像辨識系統，取得工作空間中目標物件之座標，以進行物件的抓取或移動。由於機械手臂在現實生活當中的應用存在許多變數，不同的任務下針對物件姿態所能容許的移動方式可能有所限制，例如移動盛水的杯子要避免傾倒的姿勢。一般過去的研究僅強調物件定位的精確度，而並未考慮機械手臂的姿態，有鑒於此，本控制系統會在執行物件的抓取時，依據任務之目的切換不同的控制策略，以符合正確的任務目的與物件擺放姿態。 若要將機械手臂整合影像系統並成功應用於實作，則必須依照工作空間內的變化做出即時的運算，本研究除了利用影像處理進行物件的輪廓與顏色判別外，還配合夾爪上的雷射光模組所投影的光點作為回饋進行定位。在本研究當中所使用的機械手臂具有六軸關節存在運動學冗餘度的問題，因此本研究之系統必須事先進行D-H座標系統的順向與逆向運動學分析，推算出三維空間卡式座標系統與機械手臂各關節馬達轉動角度之間的關係，如此一來才能實現快速、靈活與準確的控制。本研究最後成功建立一套通用的多軸機械手臂控制方法，能夠應用到各種類似配置的機械手臂上，透過影像處理分析攝影機接收到的資訊，以應付各種不同的環境下更加複雜的應用與操作。

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利用 RFID 感測器於室內環境之盲人導航系統

本研究主要之研究目的為協助視障者在不熟悉之路途中，因為失去方向或迷路而無所適從，於是在導盲杖上設計具有偵測位置與方向之RFID感測模組，並且將路徑規劃演算法加入於系統中，提供視障者能在不熟悉環境裡找到自己所處於的位置與方向，並提供導航之功能。 一般研究上所使用的方法多利用超音波感測器判別前方障礙物距離視障者多遠，或是利用機器人導引方向，並將感測器裝置於機器人上，視障者無法有較大的行走自由度，會變得綁手綁腳，且機器人製作上價格昂貴。然而在多方面考量後，我們採用最近幾年來極為熱門且技術越來越成熟之RFID作為智慧型導盲杖感測器應用，希望能讓視障者在室內環境中自在的行走；研究中藉由手杖裝上RFID讀取器作為室內定位的設備，將室內空間地板上佈滿RFID電子標籤，依照RFID標籤之特性，每一個標籤會有一個屬於自己之辨識碼，因此經由RFID導盲杖接觸到電子標籤後，可得知視障者目前位置，若視障者迷失方位後，可透過系統之方向判別功能取得所在方向，並且將訊號回傳於系統主控端，主控端再利用所得訊號將語音透過藍芽耳機告知視障者，視障者也可依照自己想到達之位置，選擇路徑規劃之功能，系統會經由使用者之需求以Dijkstra's演算法規劃最短路徑，協助盲人快速指引最佳路徑。