光電所所訊

第五十九期 2010年11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：2010.11.05

本所11月份演講公告：

日期

講者簡介

講題

地點

時間

光電論壇

11/12 (Fri)

陳坤基教授
南京大學

待訂

博理館

101演講廳

15:30~17:30

10月份「光電論壇」演講花絮（花絮整理：姚力琪）
時間：	99年10月8日（星期五）中午12點20分
講者：	蔡力行博士（台積電新事業總經理）
講題：	前進綠能，機會無限
	蔡力行博士於10月8日（星期五）蒞臨本所訪問，並於博理館101演講廳發表演說，講題為「前進綠能，機會無限」，本次演講介紹光電領域現況及未來發展，吸引本所教師及學生熱烈參與演講活動，獲益良多。
	本場演講者蔡力行博士

時間：	99年10月15日（星期五）下午3點30分
講者：	鄭清文先生（著名作家、臺灣大學商學系畢業）
講題：	寫作經驗
	鄭清文先生於10月15日（星期五）蒞臨本所訪問，並於博理館101演講廳發表演說，講題為「寫作經驗」。鄭清文先生曾榮獲美國的「桐山環太平洋書卷獎」小說獎、世界華文文學終身成就獎、第九屆國家文藝獎，擅長以輕描淡寫的筆觸來呈現故事波濤洶湧的情節，並透過小人物內心的生活來浮現時代的變遷與社會的轉變。本次演講本所教師及學生皆熱烈參與演講活動，獲益良多。
	本場演講者鄭清文先生

時間：	99年10月22日（星期五）下午3點30分
講者：	連勝彥先生（澹廬書會名譽理事長）
講題：	書法與人生
	連勝彥先生於10月22日（星期五）蒞臨本所訪問，並於博理館101演講廳發表演說，講題為「書法與人生」。傑閣連勝彥，為近代台籍名家澹廬曹秋圃先生嫡傳弟子，精研八法，各體俱工。從事書法藝術歷四十餘年，徧摹歷代碑帖及古今名家墨蹟，以傳統書法奠基，再涵濡創新，自成風格。歷任台北縣清傳高商校長、國民大會代表、澹廬書會及中國書法學會理事長、全省美展及全國美展評審委員等職，推動書教及書藝活動，不遺餘力。其書藝成就會膺選台北縣「文化藝術人才」、獲頒中華民國資深青商總會「全球中華文化書法藝術薪傳獎」、中國文藝協會書法類「文藝獎章」等大獎，又於2008年4月受邀於國立國父紀念館中山國家畫廊舉辦「七十回顧展」，深受國內外書壇之重視與肯定。
	本場演講者連勝彥先生

時間：	99年10月29日（星期五）下午3點30分
講者：	吳新一教授（Professor of Biomedical Engineering, Department of Industrial Engineering, Texas A&M University）
講題：	Photo-acoustic Imaging
	吳新一教授於10月29日（星期五）蒞臨本所訪問，並於電機二館105演講廳發表演說，講題為「Photo-acoustic Imaging」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動，吳教授演講內容精彩，演講時面面俱到，與本所師生互動佳。
	本場演講者吳新一教授

～與南京大學（Nanjing University）博士生交流活動 2010 系列報導～

【2010 兩岸光電科技博士生論壇】

(The 3^rd Cross-Strait Ph.D. Student Forum on Photonic Science and Technology, 2010)

（時間：99年10月25日至10月26日；地點：臺灣大學）

【之一】

花絮整理：光電所博士班學生葉伯淳

南京大學與臺灣大學博士生交流活動已經是第三屆舉行。此次交流活動為台大光電所主辦，由南京大學物理學院祝世寧院長與王振林副院長領隊來臺灣參訪，隨團有陳向飛教授與趙剛、孫亮兩位老師。近年兩岸學術交流逐漸受到重視，今年參訪團成員擴增為十五位博士生，分別來自南京大學、南京師範大學、南京理工大學與蘇州大學。

本次交流活動於10月24日展開，持續進行至10月30日，其中25、26日兩天於臺灣大學博理館201會議室舉行正式的交流研討會。研討會開幕式由南京大學五位老師、十五位同學，與台大電機資訊學院孫啟光副院長、光電所林清富所長、吳志毅副所長及十位本所博士生代表共同參與，本所也有數位教師前來共襄盛舉。開幕式後，由祝世寧院長與林清富所長分別介紹南京大學與臺灣大學；祝世寧院長的介紹中提到吳健雄與李國鼎皆為南大校友，原來南京大學與臺灣的學術、科技及經濟的發展一直有著深遠的淵源呢。

由於與會學校及人數較前兩年增加，使得這次的研討會內容更加豐富，議程分成八個主題：非線性光學元件、固態照明與顯示技術、物理光學與顯微影像、積體光學元件(I)－波導、積體光學元件(II)－光柵、雷射光學與光學元件、奈米光子學以及光電材料。每位學生代表有二十五分鐘的演講時間，演講內容包括本身所屬實驗室簡介與個人研究成果報告。本次研討會以中文進行報告，因此雙方的交流可以更加直接、更加深入。多位講者的報告內容引起與會者之間的熱烈討論，在會議休息時間也常見到雙方學生持續討論交流，可見雙方對於彼此研究內容的肯定與興趣。

第二天早上邀請雙方教授演講，大陸方面由南京大學物理學院王振林副院長介紹其研究團隊於使用奈米小球製作光子晶體的研究，豐富且深刻的成果、侃侃而談的風度，在在展示出學者風範；台灣方面由本所吳志毅副所長代表，其有機發光二極體的研究兼顧紮實理論與工程應用。兩位教授的演講皆給予兩岸學生良好楷模，並進一步激起研究熱誠。

與會人員於博理館前合影留念

10月27日至29日三天安排了參訪活動，兩岸的老師與學生先後參觀了台大光電所的實驗室，並拜訪了位於新竹科學園區的台積電與中和的圓展科技；也藉著難得的機會，參觀故宮博物院、中正紀念堂、台北101等處。在學術交流之外，也在文化、生活與產業等領域上與大陸師生有許多交流，彼此皆接收到新的文化刺激。

在一周的交流活動中，精采的學術交流讓我們充分感受到大陸學生在研究工作上的投入與傑出成就，每位出席此次交流活動的學生代表都有相當高水準的研究成果，很高興可以和如此優秀的朋友互相學習激盪，也讓我們期許自己要更加努力；而一周的朝夕相處之中，雖然觀察到兩岸各種用語、習慣、經驗的不同之處，但是相同的友善、熱情，讓彼此體認到海峽兩岸的距離並不遙遠。

參觀台積電

【之二】

花絮整理：光電所博士班學生林泳詳

第三屆「2010兩岸光電科技博士生論壇」（The 3^rd Cross-Strait Ph.D. Student Forum on Photonic Science and Technology, 2010）在臺灣大學光電所林清富所長與南京大學物理學院祝世寧院長的帶領下圓滿揭幕。在為期兩天的研討會中，於臺灣大學博理館201會議室內，由臺灣大學光電所吳志毅副所長、南京大學物理學院王振林副院長以及來自臺灣大學、南京大學、南京師範大學、南京理工大學與蘇州大學等二十五位博士生在會議中分享了自己過去的研究成果，以及學習其他講者的科學研究。在會議中所有與會人員皆聚精會神地聆聽演講者的報告內容，並且踴躍地就相關議題進行發問與討論，每位與會人員在會後皆表示自己在兩天的會議中獲益甚深。其中，來自臺灣大學的王博昇同學、葉文嵐同學，與來自南京大學的熊翔同學、呂新杰同學，均藉由優秀的論文內容與精彩的演講實力，各自獲得此次會議中的「最佳論文獎」。台灣和南京的與會人員於研討會後互贈紀念品，以示雙方友誼長存。

雙方學生於閉幕式交換禮物後合影

除了在會議上的學術交流之外，來自台灣與南京的學生也利用茶敘之餘彼此互相認識。兩岸的同學們不僅在科學研究上進行討論，大家也就國際時事、教育發展、生涯規劃與兩岸文化等話題交換心得。因此這次的活動不但幫助同學們在學術研究方面上的成長，更進一步地增進同學們的視野與培養同學們的國際觀。

在兩天會議結束後，臺灣大學光電所的師生們善盡地主之誼，替來自對岸的朋友們安排為期三天的參訪行程，也熱情招待對方享用道地台灣美食，對岸朋友們為此留下深刻印象，並且大讚台灣果真是美麗寶島。

台大校園巡禮

我們替南京的朋友們安排了台大校園巡禮，以及光電所相關實驗室參訪行程。首先參觀了物理系物理文物館，其中包含原子核物理實驗室與普物自製實驗展示區，使得南京的朋友們對台灣早期的科學研究有初步認識。接著安排參訪光電所相關實驗室，包括光電製程實驗室以及光電所老師們的實驗室。感謝林恭如教授與吳志毅教授實驗室協助此次的參訪活動。

此外，我們也替南京的朋友們安排了故宮博物院、中正紀念堂與台北101的參訪行程。南京的朋友們非常開心能到故宮博物院中觀賞館中所典藏世界一流之中華瑰寶，也於參訪過程中再次對中華文化之美讚嘆不已。在中正紀念堂的參訪中，南京朋友們表示正廳和兩廳院建築的高聳威嚴與壯觀氣勢在他們的心中留下深刻印象。台北101為台灣地標，也是南京朋友們不願錯過的必賞景點，登上觀景台眺望台北夜景，燈火通明的首都展現出時尚之美，使得南京的朋友們流連忘返。

這一次的交流活動加深了臺灣大學與南京大學、南京師範大學、南京理工大學以及蘇州大學師生間的友情，我們期待明年能於南京再相見。

Virtual Optics: Reconstruction of Light by Means of Optical Phase Conjugation

Professor Snow H. Tseng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所曾雪峰教授

We simulate the optical phase conjugation (OPC) phenomenon of light multiply scattered through a macroscopic scattering medium. The pseudospectral time-domain (PSTD) technique is employed to enable a virtual optics experiment for analysis. Specifically, we analyze the OPC reconstruction phenomenon from various categories of scattered light and determine the contribution. We found that an unbiased ensemble of scattered light is required to reconstruct the original incident light.

Fig. 1. Depicting the Poynting vector field of light multiply scattering through a scattering medium. As light scatters through the scattering medium, the Poynting vector field in each region bears different characteristics: (a) randomly oriented, (b) in general pointing away from the scattering medium and anti-parallel to the incident light, (c) uniformly pointing away from the scattering medium, and (d) also pointing away from the scattering medium, but not as uniform as in (c).

Fig. 2. OPC refocused light from selected local regions shown in Fig. 1(a-d). A cross-correlation of each OPC reconstructed light and the original incident light profile is calculated. (a) diffuse light within the scattering medium, correlation coefficient cc = 2.6´10^-4, (b) enhanced backscattered light, cc= 4.2´10^-5, (c) specularly reflected light, cc = 4.3´10^-6, (d) diffuse light outside the scattering medium, cc=3.2´10^-5. As shown in 2(c), the reconstruction falls short without an unbiased collection of scattered light.

Plasmon Field Enhancement in Silver Core-Protruded Silicon Shell Nanocylinder Illuminated with Light at 633 nm

Professor Ding-Wei Huang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所黃鼎偉教授

We have shown, to the best of our knowledge, the first simulation result of the strong plasmonic field coupling and enhancement at the Ag/Si interface of a silver core/protruded silicon shell nanocylinder by using the finite element method. The strong plasmon field with a slow effective phase velocity accumulated at Ag/Si interface which results from the large effective index of surface plasmon due to the nearly identical real parts with opposite signs of the permittivities of silver and silicon at 633 nm is analyzed. When the silicon shell has shallow protrusions of proper periodicity to meet the phase matching condition between the incident light and the surface plasmon wave at the Ag/Si interface, a higher scattered electric field and a higher sensitivity to the refractive index change of the surrounding medium can be achieved. The highest scattering electric field can be determined by the optimized average thickness of the protruded silicon nanoshell and silver core radius. Our novel concepts may provide a guideline for designing silver core/protruded silicon shell nanocylinder for biosensing applications.

Fig. 1 Schematic diagrams of (a) silver core-silicon shell nanocylinder, (b) silver core-protruded silicon nanoshell nanocylinder, and (c) solid silver nanocylinder.

Fig. 2 Scattered electric field as a function of the surrounding medium for three cases with the inner radius 100 nm at 633 nm.

Fig. 3 Scattered electric field distributions for Case 2 at 633 nm with different incident angles.

論文題目：使用溶液製程開發有機無機三明治結構太陽能電池

姓名：黃敬舜指導教授：林清富教授

摘要

此論文是以發展有機無機三明治結構高分子太陽能電池為主軸，此結構擁有高效率、穩定性與低成本的優勢，可改善高分子太陽能電池中有機層與電極介面、有機材料與無機材料介面載子傳輸的品質。在本論文中提出三種方式來改善高分子/氧化鋅奈米柱混成太陽能電池介面問題：額外的富勒烯衍生物聚集層增加了相分離與光吸收；加入二氧化鈦奈米粒子來形成雙異質接面結構，提供更有效的激子分離效率與載子傳輸；最後，利用氧化釩奈米粉末的導入來抑制漏電流並同時增加光吸收。此外，我們也分別以氧化鎳、氧化釩、氧化鎢以及氧化銅等四種金屬氧化物來修飾電池陽極。我們研究發現加入任一氧化層，能量轉換效率均可改善至~3.7%。相對於這些個別的氧化物，我們更進一步研究氧化釩-氧化鎢混合型氧化層對陽極的修飾效果，並分別使用P3HT:PCBM 與PV2000兩種系統作為吸光層。兩種吸光系統均會因三明治結構的導入使得漏電流被抑制，光吸收與量子效率也因混合型氧化層獲得改善；因此能量轉換效率在P3HT:PCBM系統中可提升至4.16% (如圖一)，在PV2000系統可提升至5.13% (如圖二Device C)。此外，我們所開發的溶液製程方法對於量產各種大面積、低成本印刷式電子與光電產品是十分具有潛力的應用，亦是極大的優點。


圖一	圖二

論文題目：具奈米結構之氧化鋅光電元件特性分析

姓名：陳正彬指導教授：黃建璋教授

摘要

我們提出利用結合寬能隙材料氧化鋅(ZnO)以及矽基(Si)，製作出具有寬廣且平坦吸收頻譜的光電元件，接著再利用最佳化的奈米小球鋪排技術，使光電元件的光響應和接收角都有大幅的提升。同時，我們還利用鋪排奈米小球的技術以及蝕刻製程，製作出在材料接面上具備奈米結構的n-GZO/a-Si(i)/p⁺-Si 異質結構光偵測器，由於奈米結構可以有效的降低表面反射率以及表面型態較接近圓柱狀(Nanocoe)，所以此元件具有較高的光響應以及廣接收角(Wide acceptance angle)的特性。除此之外，我們還發現在奈米結構的元件中其載子傳輸時間(Transit time)較短，而較短的載子傳輸時間可以降低載子在元件內被復合的機率，進而有機會造成較高的光響應。最後，具備奈米結構的光電元件擁有較高的光響應、寬廣的接收角以及較快的載子傳輸時間，其在太陽能電池的應用上具有相當大的潛力。


圖一:氧化鋅/矽偵測器在有無奈米小球鋪排下的變角度光電流量測(λ = 500nm)。	圖二:載子傳輸時間(上升時間)與波長的關係，元件C以及D(奈米結構的元件)有較短的載子傳輸時間。

— 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 —

IBM的研究小組開發出可高速測定單原子特性的方法

美國IBM宣佈，其研究小組開發出了利用掃描型穿隧顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope, STM），觀測單原子以極高速度改變磁矩方向的方法，該方法可用來探索單原子能將資訊記憶多長時間等問題，如圖一。有關研究成果的相關論文已刊登在2010年9月的科學(Science)學術雜誌上。

IBM此次開發的技術類似用高性能攝影機拍攝飛鳥煽動翅膀或植物開花現象的方法，採用這種技術，能夠以原來約10萬倍的速度測定原子的動作。其所採用的方法是激發-探測(pump-probe)的方法，如圖二：以一超快脈衝激發；並後續以一較弱的超快脈衝探測，得知被激發的單原子所改變的磁矩，逐漸微量加長激發與探測的超快脈衝間距，可得知被激發的單原子之磁矩改變演化情形。單原子的磁矩變化是由鐵原子成長於銅的晶格中所構成，如圖三，這樣的表面結構可以讓單原子被準確地定位到原子等級。

掃描型穿隧顯微鏡是IBM的兩位科學家Gerd Binnig 與Heinrich Rohrer在1981年開發的，他們並於1986年獲頒諾貝爾物理獎，此後就被用於原子級特性的探索。IBM表示此次的研究成果除了可掌握太陽能電池中的奈米級別的現象之外，還可應用於量子計算及Storage Class Memory等研究。在Storage Class Memory技術中，由於半導體製造技術水準不斷接近原子級的情況下，透過觀測單原子的電特性及磁特性，可以進行單原子是否能高度可靠性地記憶資訊等的探索。

圖一、原子的運動狀態

圖二、IBM此次開發的激發-探測(pump-probe)方法

圖三、IBM此次開發的樣品由鐵原子成長於銅的晶格中所構成

中文新聞來源：	http://big5.nikkeibp.com.cn/news/semi/53373-20100929.html
英文新聞來源：	http://www-03.ibm.com/press/us/en/presskit/32543.wss http://www.cdr-info.com/Sections/News/Details.aspx?NewsId=28449
論文來源：	“Measurement of Fast Electron Spin Relaxation Times with Atomic Resolution”, Science v.329, pp.1628 - 1630 (2010), Sebastian Loth, Markus Etzkorn, Christopher P. Lutz, D. M. Eigler, Andreas J. Heinrich