第五十八期 2010年10月刊
 
 
 
發行人:林清富所長  編輯委員:陳奕君教授  主編:林筱文  發行日期:2010.10.04
 
 

 本所特聘研究講座及電機系系友孟懷縈院士榮膺「台大傑出校友」,特此恭賀!

 國立臺灣大學電機資訊學院電機學群誠徵教師,相關資訊請詳閱公告

本所10月份演講公告:

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電論壇

10/8 (Fri)

蔡力行博士

台積電新事業總經理

前進綠能 機會無限

博理館

101演講廳

12:20~13:20
10/15 (Fri)

鄭清文先生

著名作家、臺灣大學商學系畢業

寫作經驗

博理館

101演講廳

15:30~17:30
10/22 (Fri)

連勝彥先生

澹廬書會名譽理事長

待訂

博理館

101演講廳

15:30~17:30
10/29 (Fri)

吳新一教授

Professor of Biomedical Engineering, Department of Industrial Engineering, Texas A&M University

待訂

電機二館

105演講廳

15:30~17:30

 

 
 

Surface Tension and Concentration Measurement of Sub-mL Solution Using a Cantilever-Based Optical Gauging System

Professor Jui-che Tsai

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 蔡睿哲教授 

A cantilever sensor integrated with an on-tip micro spherical reflecting mirror (MSRM) exhibits a larger optical beam displacement than a conventional one, i.e., the system sensitivity/responsivity is enhanced. In our study, it is employed as a surface tension and concentration gauge that only requires 0.5 mL of solution.

The MSRM-integrated cantilever is first set above a sodium chloride-water droplet carried by a glass substrate, and then the droplet is moved up gradually. Once the cantilever is touched by the droplet, it is pulled and bent down as the droplet reshapes. The cantilever deformation amount is related to the surface tension of the solution, which increases with the molar concentration of sodium chloride. According to our experiments, the surface tension varies from 72.1 to 77.7 mN/m as the molar concentration of sodium chloride in water increases from 0 to 3.13 M (Fig. 1). Therefore, by measuring the bending amount of the cantilever, the surface tension as well as the concentration of the NaCl-water solution can be determined. We also perform the experiments on the alcohol (ethanol)-water mixture, whose surface tension, conversely, reduces from 71.4 to 57.5 mN/m as the alcohol molar concentration increases from 0 to 0.81 M (Fig. 2).

Fig. 1

Fig. 2

© 2010 IEEE

C. D. Liao, K. H. Chao, and J. C. Tsai, “Surface tension and concentration measurement of sub-mL solution using a cantilever-based optical gauging system,” IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 46, No. 9, pp. 1268-1274, September 2010.

 

Arbitrary-Order Interface Conditions for Slab Structures and Their Applications in Waveguide Analysis

Professor Yih-Peng Chiou

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 邱奕鵬教授

Convergence of truncation error is one of critical factors in finite-difference simulation. Since step-index structure is a common feature in recent photonic devices design, traditional formulation based on graded-index (GI) and index averaging (IA) scheme cannot accurately model field behavior near abrupt interfaces between different materials. We derive generalized interface conditions of arbitrary orders combined with Taylor series expansion in homogeneous region for TE and TM mode calculation of step-index waveguide. We also adopt generalized Douglas (GD) scheme for further convergence order without demanding more reference points.

We model a multiple-quantum-well (MQW) waveguides with 56 barriers and 55 wells as an assessment. Refractive indices of cladding, barrier, and well are 3.2224, 3.2874, and 3.3704, respectively. Widths of each barrier and well are 12nm and 7nm, respectively. The relative propagation constant error of fundamental TE and TM modes illustrated in Fig. 2 shows that our proposed scheme using (2N+1)-point without GD yields convergence between O(h2N-1) and O(h2N), or O(h2N+1) and O(h2N+2) if GD is adopted. The high-order convergence can greatly reduce computation effort of waveguide analysis. Formulation can also be applied to other simulation methods such as beam propagation method.

Fig. 1 Illustration of field continuity and sample points.

(a)                                                                                               (b)

Fig. 2 Relative propagation constant error of fundamental (a) TE and (b) TM modes.

Reference: Y.-P. Chiou and C.-H. Du, OSA Optics Express, Vol. 18, No. 5, pp. 4088-4102, Mar. 2010.

 

 
 
論文題目:有機光電半導體材料—載子傳輸特性及光電元件應用之研究

姓名:劉舜維   指導教授:李君浩教授

 

摘要

有機薄膜已被廣泛的應用在有機發光二極體或有機太陽能電池等光電子元件的主動層材料中。本篇論文中我們將探討單一小分子有機薄膜或混層薄膜結構,以及高分子混層薄膜的載子傳輸特性,研究結構對於有機光電子元件效率表現的影響。第一部份將討論兩種以不同分子構形所組成之有機半導體混層結構,分別為平面形分子搭配八方體形分子(NPB:Alq3);及平面形分子搭配四方體形分子(NPB:Bebq2)之組成。本部分中以飛行時間量測法(Time-of-Flight; TOF),配合Poole-Frenkel模型分析其電子與電洞之載子遷移率以及傳輸特性,目的在深入探討有機混層結構中的載子傳輸機制。第二部分中,首先我們以TOF分析平面形分子Bebq2在改變蒸鍍速率下之載子遷移率以及傳輸特性之變化,並使用Bebq2作為有機發光二極體之元件發光層以及電子傳輸層,結合此鍍率控制的方式以增加有機發光二極體之電流效率以及元件壽命。近年來,以P3HT及PCBM混層結構為主的有機太陽能電池在太陽能領域中已被廣泛的研究與發展。第三部分中我們將探討P3HT與PCBM的比例分配對此混層結構的載子遷移率以及電荷傳輸特性的影響。在提升PCBM比例的過程中我們發現PCBM的叢集有助於提升P3HT的聚集與結晶,進而提升此混層結構中電子與電洞的載子遷移率以及提升元件之光電流。另外由實驗中我們可以發現加入過量的PBCM將會使電子與電洞的傳輸特性被PCBM叢集所主導,破壞了其異質結構特性,而形成較平坦的表面形貌以及較差的元件特性。

圖一、載子時間飛行量測系統

(a)      

(b)

圖二、電洞(a)及電子(b)在NPB:Alq3混合層傳導機制

 

論文題目:主動式晶體光纖之光子元件

姓名:賴建智   指導教授:黃升龍教授


摘要

我們以共同提拉雷射加熱基座生長(codrawing laser-heated pedestal growth)法生長出具雙纖衣(double-clad)結構之摻鉻釔鋁石榴石(Cr4+:YAG)晶體光纖(crystal fiber),並首次研製出室溫下具世界紀錄最高之斜率效率(6.9%)及最低之激發閥值(96 mW)之摻鉻雷射(如圖一)。此外,我們亦首次以共同提拉雷射加熱基座生長法生長出長度僅7 mm之摻釔釔鋁石榴石-玻璃(Yb3+:YAG-silica)光纖雷射,其輸出功率可達1 W/cm。此短長度光纖雷射於室溫下具有世界紀錄最高斜率效率(76.3%)及最低激發閥值(25 mW),極適合與矽基平面元件整合(如圖二)。

圖一

圖二

 

 
 
 

— 資料提供:影像顯示科技知識平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃巖教授、康譽齡 —

日本東北大學與Rohm將ZnO類紫外線LED功率提高至100μW 

日本東北大學與Rohm將氧化鋅(ZnO)類紫外線LED的發光強度提高到了100 μW,達到原來這類產品的1萬倍。雖然這發光強度約為InGaN與GaN類紫外線LED的1/10,但卻有機會朝追趕GaN類產品的道路前進。這類產品的目標用途是用於液晶顯示器背光模組及照明燈具的白色LED。

 

這個研究小組製造的LED元件,擁有在導電性ZnO底板上形成的p型MgZnO與n型ZnO的層疊構造,如圖二所示。所發出紫外光的中心波長為380nm。使用該LED元件激發綠色螢光體時,可獲得以520 nm為中心波長的綠色光,如圖一所示。儘管目前發光效率還不到1%,但估計只要將p型MgZnO中的電洞濃度由1016 cm-3提高至1018 cm-3左右,便可使發光效率提高一個數量級。

 

該研究小組2004年曾採用脈衝鐳射沉積(PLD)法,開發出了由p型ZnO與n型ZnO的層疊構造所構成的LED。這種LED元件的發光強度比此次的元件還低四個數量級左右,發光中心波長為440 nm,是屬於藍色光頻段,如圖三與圖四所示。此次採用能隙(禁頻帶寬度)更大的p型MgZnO代替了p型ZnO,由此可防止電子從n型ZnO流入p型MgZnO,從而使載流子在n型ZnO層內重新結合而發光。這樣便可得到支援ZnO能隙的紫外光源。

 

此次採用MBE法形成LED元件時,主要透過兩方面的改進,大幅提高了LED的發光強度。第一點是提高了MgZnO層與ZnO層的界面品質,第二點是為了在MgZnO層中摻雜氮(N)而採用了氨氣(NH3),從而提高了電洞濃度。關於後者,與為了在MgZnO層中摻雜N而採用一氧化氮(NO)基的方法相比,發光強度提高了兩位數左右,故即使不採用具自由基氣體,也可生長出高品質結晶,因此今後有望採用更適於量產的MOCVD法。

 

研究小組表示,採用紫外線LED的白色LED,與搭配使用藍色LED與黃色螢光體的InGaN及GaN類白色LED相比,有望提高演色性及色再現性。另外,該研究小組還稱,製造GaN類LED時很難採購到高品質的低價單晶底板,但對於ZnO類LED則可輕鬆合成單晶底板。因此,有望以較低的成本量產採用單晶底板的LED元件,這種底板可與發光層輕鬆匹配。

 

圖一、元件的構造。

圖二、LED元件激發綠色螢光體時,可獲得綠色光。

圖三、紫外線LED元件的發光強度比較。

圖四、LED元件的發光光譜。

 

中文新聞來源:

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/flat/52224-20100707.html

論文來源:

K. Nakahara, S. Akasaka, H. Yuji, K. Tamura, T. Fujii, Y. Nishimoto, D. Takamizu, A. Sasaki, T. Tanabe, H. Takasu, H. Amaike, T. Onuma, S. F. Chichibu, A. Tsukazaki, A. Ohtomo and M. Kawasaki “Nitrogen doped MgxZn1−xO/ZnO single heterostructure ultraviolet light-emitting diodes on ZnO substrates,” Applied Physics Letters 97, 013501 (2010)

   
 
 
 
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