第七十二期 2012年1,2月刊
 
 
 
发行人:林清富所长  编辑委员:陈奕君教授  主编:林筱文  发行日期:2012.01.16
 
 
 2011 国际光电研讨会(International Photonics Conference)于2011年12月8日至10日于成功大学举行,本所参与学生获奖成果丰硕,特此恭贺!

得奖人姓名 奖项 指导教授
吕任棠 IPC 2011 Student Oral Paper Award(硕士生) 孙启光
蔡沅甫 IPC 2011 Student Oral Paper Award(硕士生) 孙启光
杨思齐 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 孙启光
纪裕杰 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 林恭如
王博升 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 吴志毅
曾维宣 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 吴志毅
魏祥钧 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 苏国栋
廖家鸿 IPC 2011 Student Poster Paper Award(硕士生) 杨志忠、江衍伟
许纮彰 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林清富
吴仲伦 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林恭如
程志贤 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林恭如
林铭祥 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 吴忠帜

 本所黄升龙教授指导博士生张俊霖同学荣获财团法人国防工业发展基金会2011年度「国防工业奖学金」,特此恭贺!

 本所何志浩教授荣膺「全球青年学会」(Global Young Academy, GYA)会员 ,特此恭贺!

 

 
 
12月份「光电论坛」演讲花絮(花絮整理:姚力琪)
时间: 2011年12月16日(星期五)下午3点30分
讲者: 胡元辉教授(中正大学传播学系)
讲题: 科技=美丽新世界?—来自传播领域的反思
  胡元辉教授于12月16日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,演讲题目为「科技=美丽新世界?—来自传播领域的反思」。胡教授本次演讲内容精彩,演讲时面面俱到,与本所师生互动佳,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。
 


时间: 2011年12月23日(星期五)下午3点30分
讲者: Dr. Taya Chu (Institute for Microstructural Sciences National Research Council Canada)
讲题: Development of High Performance Organic Photovoltaics
  朱达雅博士于12月23日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,演讲题目为「Development of High Performance Organic Photovoltaics」。朱博士演讲内容精彩,本所学生参与热烈并踊跃提问,获益良多。
 

 

时间: 2011年12月30日(星期五)下午3点30分
讲者: Prof. Devki N. Talwar (Indiana U of Pennsylvania (IUP), Chair of Department of Physics)
讲题: Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials
  Prof. Devki N. Talwar于12月30日(星期五)莅临本所访问,并于博理馆101演讲厅发表演说,演讲题目为「Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials」。Prof. Devki N. Talwar演讲内容精彩,本所学生参与热烈并踊跃提问,获益良多。
 

 

 

 
 

 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2011  系列报导 ~

(时间:2011年10月8日至10月14日;地点:南京大学

【之六】

撰文:光电所博士班学生魏祥钧

今年很荣幸有机会参加第四届与南京大学博士生交流活动,这次的论坛,南京大学扩大举办,成为了「2011年全国博士生凝聚态与光电物理前沿论坛暨第四届海峡两岸博士生论坛」,所以这次与会的学校除了南京大学,还加入了有苏州大学、中山大学、南开大学、上海交通大学、南京理工大学、淮阳工学院以及北京清华大学。藉这个机会,增加了许多学生之间研究及生活的交流。

首先感谢南京大学的老师与同学热情的款待,使得这次的交流活动,不仅在相关的学术领域上获得丰富的收获,更是一次难得的历史与文化之旅。这次为期七天的活动,在林清富所长、吴志毅副所长、冯哲川教授以及何志浩教授的带领之下,留下了很多快乐的回忆。第一天下午四点半的飞机延误到快六点才登机,到南京禄口国际机场已经快八点了,让前来接我们的孙亮老师、赵刚老师以及熊翔老师等候许久。上车后由孙亮老师提示了接下来几天的行程之后,由赵刚老师为我们沿路介绍了南京的地理环境还有历史背景。

在接连两天的研讨会中,从邀请报告到同学之间学术交流的研究报告,都让我们有很深的触发与感想。对岸学生对学术理论的严谨,以及报告时的逻辑流畅度,均给了我们很好的学习对象。

和大陆学生平常的对话交流中,关于两岸敏感的话题不多,比较多的是学制、工作、休闲、交通、饮食等等,以下分别来讨论这些话题。

大陆那边的学制是硕士班三年、博士班三年,而我们这边是硕士班二年,博士班则看个人造化至少四年。大陆的博士班可以继续留在学校当讲师(相当于助理教授),比较特别的是,大陆的教授不像台湾教授有很大的自主空间,而是由一个教授领头,带领着旗下的教授团一起合作研究。

以工作来说,硕士班毕业后去业界工作,起薪大约有六千到八千人民币左右;而博士毕业找业界的工作,在大陆的一线大城市起薪约有一万到一万二人民币,但是在小城市中,企业一般请不起博士生,起薪可能从硕班起跳。博士班若是留在学校当讲师,薪水还不到四千人民币。

在休闲方面,大陆的学生和我们差异不多,一样是爱听爱唱歌、爱看偶像剧、喜欢上网分享心情和接收新信息。最让我开心的一点是对岸爱看台湾偶像剧的程度远远大于我们。因为北京话的普及,大陆的学生们说话多了点卷舌音,但是唱起台湾的流行歌曲时,一点儿都听不出和我们的差别。大陆由于国家政策的关系,封锁了许多网站或是应用软件,相较于我们常用的msn以及facebook,大陆的学生使用的是QQ还有人人网;若是想多了解大陆学生的想法,推荐大家可以使用这两个网络应用。另外大陆有许多自有的运动品牌,比如说李宁或是安踏体育,我们发现大陆学生比较少购买欧美的知名品牌,这点台湾的学生应该要多学学爱用MIT国货。

南京的交通运输便畅,马路上来来往往的公交车还有出租车非常发达,公交车的内部设计和台湾的冷气公交车一模一样。出租车起跳价9块人民币,初始载客距离便宜又大碗,不过,有机会去的朋友要记得,晚上出租车会多加2块人民币做燃油税。学生在校内和我们一样使用脚踏车,另外还可以看到不少的电动车,时速不快且非常安静,但因为少了引擎的吵杂声,骑士们总爱按连续且长音的喇叭,深怕没人听得见。听南大同学解释说,因为大陆人不怕车子,所以为了自保只好大家都这么做。

我们在南京大学下榻的饭店是位于校内的「南苑」,这是南大接待外宾专用的会馆,内部设施相当不错,网络电视卫浴应有尽有,要感谢南大特别为我们提供电源插座的转接头。虽然半透明颇有气氛的淋浴间有点令人害羞,不过都是男生没有什么好怕的。比较特别的是听说南苑旁的女子宿舍是全亚洲最大的女生宿舍,男学生们每学期最期待的是开学,因为这个时候有着帮忙搬宿舍的借口可以进去观光一下。南大的女同学说因为宿舍没有装置窗帘,所以大家索性贴贴壁纸或是在窗边挂满「万国旗」。而宿舍没有浴室可以提供热水,到了傍晚或是晚上,学生们拎着脸盆还有沐浴用品就到学生澡堂报到。虽然很想找一天进去体验一下,不过一整天活动结束后澡堂都关闭了,只好作罢。

饮食方面,感谢南大提供我们餐餐非常丰盛的佳肴,南大的学生也在每餐丰盛的食物中为我们介绍了当地的特色菜。鸭血冬粉煲、冰糖糯米莲藕、板鸭等等,最有名的莫过于阳澄湖大闸蟹,正所谓「秋风起,闻蟹来」,此时的阳澄湖大闸蟹最是黄多肉肥。有趣的是南大学生告诉我们大闸蟹还有分类,第一是本地土生土长的大闸蟹,再来是从外地带来泡一下湖水的「过水蟹」,最后是放在湖边听听潮水声的「听涛蟹」,都称之为阳澄湖大闸蟹,挺风趣的,是吧?另外我们也看到王帅王振林副院长的喝酒功力之了得,林清富所长也可称之为酒国英雄。

由于这次参访的时间正好是台湾的百年国庆,同时也是国父 孙中山先生的辛亥革命一百周年,此时到中山陵朝圣的意义甚是非凡。在阶梯上的其中一个平台有着两个大鼎,侧面留有好几个当年二次大战日军侵华所留下来的弹孔,有句话这么说的:「弱小被人欺,落后就挨打」,南大同学告诉我们这是毛语录里面说的,值得大家深省。提到语录,其实大陆的学生和我们一样,也要读教条式的思想课程,不过也和我们一样,慢慢地这些内容比较不这么严格地限制人们的思想,而是开放式地提供大家省思。

经过七天的认识与交流,依照惯例我们互相选出各一名最佳人缘奖,今年台大得奖同学是我们的队长陈两仪同学,而南大得奖同学是这几天陪伴在我们身边的李明雪同学,两位得奖者实至名归。

综合来说,非常感谢光电所给我们这次参与南京大学交流的机会,认识了很多大陆的好朋友,同时也在台大的同学之间有更进一步的认识,在学术上面精进了不少,也感谢热情招待我们的南京大学师生,这是相当充实而且收获丰富的一趟旅程。

图一、南京大学南苑会馆

图二、前往夫子庙时于地铁站内合影



图三、陈奕均同学(上图左、下图左)与论文奖得奖大陆同学王绶屿(上圖右)桂丽丽(下圖中)刘婷(下圖右)合影



图四、(上图)中山陵前合影;(下图)日军在中山陵遗留之弹孔

图五、实验室参访完之合影



图六、最佳人缘奖:(上下图右)南京大学得奖同学李明雪;(上下图左)台湾大学得奖同学陈两仪

 

【之七】

撰文:光电所博士班学生陈建宇

南京大学的前身之一是国立中央大学,校区主要分成鼓楼校区(研究生区)、浦口校区(大学部区)、以及仙林校区三个校区;而这次参访主要的活动区域都在鼓楼校区当中。鼓楼校区坐落在南京的市中心,前身是金陵大学的校地,属于老南京的一部份。

鼓楼校区距离国父孙中山先生的陵寝中山陵十分靠近,附近主要道路上的行道树在民国初年时都以插枝的方式种植,而且每棵树都只会各插三只表示三民主义;成长迄今,不只是行道树林荫浓密,还可以发现大部份主要支干都是向三个方向伸展,形成一种很特别的景观。

整个鼓楼校区被北京西路、天津路、以及广州路三条以大陆主要都市命名的主要道路环绕,附近就是南京有名的「金边」新兴商业区;在金边商业区,可以逛街或是买到所需要的3C用品,有Studio A和数码广场等,也有金边百货广场(像是此区的新光三越)以及走远一点的新世纪百货(如同此区的远百);另外屈臣氏、争鲜回转寿司和85℃咖啡、麦当劳等等台湾常见的商店在这里也有据点。

进入到鼓楼校区当中,可再以汉口路区分为教学区以及生活区两个区域。

教学区是各系所、图书馆、教室以及操场、球场、体育馆等等学术教学单位的所在地,南京大学的主要研究区域都在这个区域;整个教学区沉浸在新旧并陈的建筑物当中,可以感受到和台湾的学校迥然不同的环境气息,某些地方留有老建筑的遗迹,但也有崭新的现代建筑。同时也设有「老年大学」提供社区老人活动空间,在整个参访过程当中经常会看到在学生活动中心外面有不少长者在活动筋骨、谈天说地;无论是人、或是建筑物,整个校园当中,充满着新与旧、老与少等之间的强烈对比。

设有老人大学牌子的空屋 有人牵脚踏车进去的图书馆
   
体育馆前空地是长者聚集活动的地方 南京大学校园一瞥

这次参访的主要活动场地在鼓楼校区北方的费彝民楼B203室,费彝民楼是座刚落成不到一年的崭新大楼,是南京大学为了要将教学推广到国际化而规划兴建的一栋现代建筑。B203室是一间可以容纳大约百人的中型会议室,整个议程的所有报告及活动都在这间会议室当中进行。

活动期间夜宿则是在校园内的南苑宾馆。南苑宾馆位于生活区当中,是建筑在两栋50年代大屋顶建筑基础上改造而成的;并在进行了简单的内部装修后,作为南京大学对外服务的窗口及接待中心。

来到了生活区则是包含了学生餐厅(南芳园)、接待中心(南苑宾馆)、南大浴室、美容院和学生宿舍(含南大学生特别强调的全亚洲最大的女生宿舍)等等建筑。生活区当中就像一般大学的宿舍区一样,虽然比较没有建筑的对比,但却是比较轻松自在的区域。

依循着两个区域分界的汉口路愈走深,我们可以发现这里就像是大学旁边的便当街一般;这里有85℃蛋糕店还有85℃咖啡馆,另外也还有CoCo都可饮料店,当然同时也有着卖鸡排的巴弟鸡排(相信到哪里都是奶茶配鸡排,密不可分);同时也有价位较高的精致咖啡馆像是「新杂志咖啡馆」等。在负责接待我们一行人的南京大学熊翔老师和孙亮老师带领下,我们抵达了在不起眼的美容院楼上的一家十分有特色的咖啡馆—「雕刻时光」,服务我们的服务生据说还是南京大学的学生!里面的设计典雅复古,虽然暗到我们看不清楚menu跟同桌同学的脸庞,但却仍然十足是个约会或是讨论的好去处;抵达的时候旁边也正有一桌的学生正在十分热络地讨论!除了这家咖啡馆,周边的生活机能也十分方便,除了不少餐厅以外,也有洗衣店、美容院还有住宿出租等等的店家,足以满足生活中的需求,在鼓楼校区相信是个可以自给自足的一个生活环境!

 

 
 
Full-Vectorial Finite-Difference Mode Analysis of Step-Index Multilayer Waveguide

Professor Yih-Peng Chiou's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 邱奕鹏教授

We derive a full-vectorial finite-difference formulation similar to the transfer-matrix method (TMM). A field and its derivatives are represented with vector Y. The field just at the left and the right of an interface is related by a matrix MMBC, and the vectors at homogeneous region are related by Taylor series expansion MTSE. As in the TMM, the vectors at different positions are then related by multiplying the matrices. Finally, we can get the relation of vectors stepping over any layers and the finite-difference formulation is then obtained. Such scheme has an advantage that the grid size is not limited by the layer thickness and can be arbitrary. It is not necessary to put several points to model one thin layer as before. Therefore, the computation time and memory are greatly saved. In the numerical results, we will apply the technique to two-dimensional partially-filled and ridge waveguides with MQW structures.

We apply this technique to a PEC-bounded MQW-buried ridge waveguide structure as shown in Fig. 1(a). The multilayer structure consists of 31 barriers and 30 wells. Refractive indices of barriers and wells are nbarr = 3.2874 and nwell = 3.3704, and widths of each barrier and well are 12 and 7 nm, respectively. Magnetic-field formulation, curved corner, and non-uniform grids are used to properly model singular field behavior around sharp corners. Smallest Dx and Dy are set to 1 nm around the corners, and maximum Dx and Dy are located at outer region of the computation domain. Grid number comparisons along x-direction are shown in Fig. 1(b). Effective indices of fundamental quasi-TE and quasi-TM with respect to MQW-region and maximum non-uniform Dx size are investigated and illustrated in Fig. 1(c) and (d), showing TMM-based scheme yields less error compared with that from non-uniform grid. These results also indicates that the calculated effective index increase insignificantly with grid size of MQW layers, since the truncation error due to small grids in MQW layers plays minor role in the total error.

 
Fig. 1 Simulated ridge waveguide with multilayer structure. (a) Cross-section, (b) Number of grids on x-direction, (c) calculated effective indices of fundamental quasi-TE and (d) quasi-TM modes with respect to grid sizes in MQW region and maximum.

In conclusion, we have successfully implemented TMM-based finite-difference waveguide analysis. Results show better convergence performance compared with conventional method. Simulation efforts of structures with thin multilayers can be greatly reduced. Since multilayer structure is very common in various photonic devices, this can be widely used in various photonic design.

     
 
 
论文题目:于平面基板与滚筒表面以步进对准式干涉微影技术接合次微米周期性图案

姓名:陈永彬   指导教授:王伦教授

 

摘要

本论文研发一套步进对准式干涉微影系统(Step-and-align interference lithography, SAIL),藉由双光束干涉微影于基板上曝光出小区域的干涉条纹图形,再透过高精准度的控制系统定位平台步进移动或转动基板,于四吋硅晶圆与直径五公分的金属滚筒上,将小面积的次微米周期性图案周期约700奈米与800奈米接合成大面积结构,晶圆接合约90块单位曝光面积耗时约半小时,而滚筒接合约120块单位曝光面积耗时约一小时,相对于其它次微米周期性结构制造技术,例如电子束微影,所耗费的时间大幅缩减。利用光学显微镜与电子显微镜的高放大倍率观察下,次微米周期性条纹的连接与长距离的连续性沿伸均获得证实。在不接合图案的条件下,仅利用光学干涉微影模块,可制作周期小于300奈米之一维与二维周期性结构。

图一:于四吋晶圆上之小面积干涉曝光区域(a)纵向与(b)横向接合,彩色影像为周期700 nm之一阶绕射光。于接合区显示为亮纹表示干涉条纹于显影后依然成功成型,暗纹则表示结构消失;成功接合之区域占绝大多数。

 

图二:利用(a)光学显微镜与(b - d)电子显微镜观察干涉条纹接合边缘区,
随着逐步放大倍率,可清楚观察到干涉条纹于接合边缘区衔接确认。

 

 

论文题目:锗基光电组件及太阳能电池之研究

姓名:程子桓   指导教授:刘致为教授


摘要

利用兼容于集成电路的锗材料,做出发光波长在1.6微米及1.8微米的锗基发光源(图一),并研究其直接与间接能隙的跃迁机制及其增强的方法。藉由N型高掺杂、高温、高电流密度、高激光激发功率及外加应力以增强直接能隙的发光性复合。主要增强锗直接能隙的跃迁机制在于增加直接带隙(Γ valley)的载子浓度,并降低缺陷及杂质的浓度,以增加直接能隙的发光强度。

藉由光激发光、电激发光、能量转换效率及外部量子效率等多种光学量测方式作为太阳能电池的特性检测及缺陷分析,可应用在硅基太阳能电池(图二)、薄膜太阳能电池及多接面太阳能电池上。

图一:锗材料之光激发光光谱与复合机制 图二:硅基太阳能电池之电激发光光谱
 

 
 
 

— 数据提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、陈圣灏 —

兆赫光学:单晶硅之塑型

于硅在远红外波段以及兆赫(terahertz)波段中具备之高穿透率以及在地球表壳丰富之存量,对于兆赫光学(terahertz optics)是相当具有吸引力之材料,然而由于硅本身在应力下容易碎裂之缘故(如图1(a)),在塑型阶段必须耗费一番功夫,因此无法以符合成本效益之方法制作出所需之透镜。

日前,由分别来自于京都大学(Kyoto University)的Kohei Morishita与Kazuo Nakajima和村田制作(Murata Manufacturing)的Takashi Fujii以及OMRON公司的Masakazu Shiinoki等科学家开发出一套将单晶硅(single-crystal silicon)塑型之方法,主要利用热以及压力(hot pressing)将单晶硅”压”成所需之透镜形状,可制作出非球面(aspherical)透镜以及透镜数组,以便大量以及低成本生产(Appl. Phys. Express 4, 106501; 2011)。

Morishita与其研究同仁证实了单晶硅在1,405 °C之操作条件下可以被成功地压印成型—恰在硅之熔点1,414°C以下。首先他们将直径3 mm、高度为2 mm之硅柱放在一平面载台以及一半径为7.5 mm之凹面模具间,接着放进充满氩气之腔内,随即利用800牛顿(0.8 kN)之压应力在两小时内逐渐地将硅棒(silicon cylinders)压成与凹面模具相同之形状,最后成功制作出一平凸透镜(plano-convex lenses) (如图1(b)及1(c))。

图1 (a) 600°C下压碎之硅芯片 (b) 热压前后之单晶硅示意图 (c) 不同压应力下形成之硅平凹透镜。

研究人员利用电子散射以及绕射图形分析此一重新塑形之过程,发现到此过程并不仰赖熔化(melting)以及固化(solidification)之方式而是经由塑化成型(plastic deformation)以及错位缺陷之移动(movement of dislocations)来达到重新塑形。为避免错位缺陷之影响,因此研究人员将样品作蚀刻以检视错位缺陷,的确发现了高密度的错位缺陷存在,此一缺陷将会降低透镜之光学特性。

在光学性质上,未经过重新塑形过程之单晶硅穿透率在2–14 μm的操作范围内约为55%,而经过重新塑形后之单晶硅仅剩10–20%。但在经过退火(annealing)处理(1,405°C)后,由于晶格重新再次成型降低了错位缺陷密度,穿透率被有效地改善至40%。

最终将抛光后之硅透镜放入感测模块中,测量结果显示其功能近似于传统利用研磨方法所制作之硅透镜(如图2),研究人员有信心地表示经由适当地调整后续热处里的过程将可以有效改善整体透镜之表现,并且期望此一方法能够对兆赫波技术能够有贡献。

图2 (a) 单晶硅(single-crystal Si)、多晶硅(polycrystalline Si)与重新塑形之硅透镜(recrystallized Si lenses)所测量之穿透率 (b) 抛光后之硅透镜 (c) 感测模块示意图 (d) 传统制程所制出之硅透镜与本研究所制出之透镜感测能力比较。

 

文章来源: Nature Photonics 5, 716 (2011) Published online 30 November 2011
网址: http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n12/full/nphoton.2011.294.html?WT.ec_id=NPHOTON-201112
相关引文: Kohei Morishita, Kazuo Nakajima, Takashi Fujii, and Masakazu Shiin, ” Near-Net Shaping of Single-Crystal Silicon for Optical Lens by One-Shot Pressing at Temperature Just below Silicon Melting Point and Its Demonstration of Optical Properties, “Applied Physics Express 4 (2011) 106501.
   
   
 
 
 
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