104期 2015年1月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2015.01.30
 
 
12月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 103年12月5日(星期五)下午4點30分
講者: Prof. J. E. Bowers (University of California Santa Barbara, USA)
講題: Heterogeneous Integration for Silicon Photonic Integrated Circuits
  Prof. J. E. Bowers於12月5日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。Prof. J. E. Bowers本次演講題目為「Heterogeneous Integration for Silicon Photonic Integrated Circuits」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。

 

 

時間: 103年12月12日(星期五)下午4點30分
講者: Dr. Chia-Yen Huang (University of California Santa Barbara, USA)
講題: Development of InGaN-based Nonpolar and Semipolar Green Laser Diode (LD) in UCSB
  Dr. Chia-Yen Huang於12月12日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。Dr. Chia-Yen Huang本次演講題目為「Development of InGaN-based Nonpolar and Semipolar Green Laser Diode (LD) in UCSB」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

 

時間: 103年12月19日(星期五)下午4點
講者: 馮哲川教授(臺灣大學光電工程學研究所)
講題: 榮退演講:「光電馳遊11載—研究成果檢述匯報」
  馮哲川教授於12月19日(星期五)於博理館101演講廳發表榮退演說。馮教授將於104年1月榮退,為感謝馮教授對所上用心與付出,同時讓馮教授的豐富學識經驗有傳承機會,特別邀請馮教授於本所專題演講課程發表演說,將其研究分享給本所師生。馮教授本次演講題目為「光電馳遊11載—研究成果檢述匯報」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,師生皆獲益良多。
 

本場演講者馮哲川教授

 

12月份「光電論壇」 演講花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 103年12月19日(星期五)下午4點30分
講者: Prof. Hiroshi Amano(2014諾貝爾物理學獎得主;Department of Electrical Engineering and Computer Science, Graduate School of Engineering, Nagoya University)
講題: History of the development of blue and UV LEDs and their impact on the future human society
  本所於12月19日(星期五)邀請Prof. Hiroshi Amano於博理館101演講廳發表演說。Prof. Hiroshi Amano為2014諾貝爾物理學獎得主,本次演說吸引本所教師及學生熱烈參與。Prof. Hiroshi Amano本次講題為「History of the development of blue and UV LEDs and their impact on the future human society」,演說內容豐富精彩,師生皆獲益良多 。
 

本場演講者Prof. Hiroshi Amano

 

12月份「光電所專題演講」花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 103年12月26日(星期五)下午4點30分
講者: 濵口宏夫教授(國立交通大學應用化學系)
講題: Raman microspectroscopy goes beyond “imaging”
  濵口宏夫教授於12月26日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說。濵口教授本次演講題目為「Raman microspectroscopy goes beyond “imaging”」。本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多 。
 

濵口宏夫教授(右)與本場演講主持人孫啟光教授(左)合影

 

1月份「光電論壇」 演講花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 104年1月9日(星期五)下午4點30分
講者: 石大成博士(光電科技工業協進會董事長)
講題: 2015國際光年演講活動—台灣光電產業發展30周年之回顧與展望
  石大成博士於1月9日(星期五)為2015國際光年巡迴演講活動蒞臨本所,於博理館101演講廳發表演說。有「台灣光電之父」之稱的石大成博士本次演講題目為「台灣光電產業發展30周年之回顧與展望」,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,演說內容豐富精彩,與現場同學互動佳,師生皆獲益良多。
 

石大成博士(右)與本場演講主持人蔡定平教授(左)

 

~ 2015國際光年臺灣區首場巡迴演講暨揭幕式 ~

(時間:104年1月9日;地點:臺灣大學博理館101演講廳)

國際光年臺灣區首場巡迴演講暨揭幕式,於2015年1月9日在臺灣大學光電論壇盛大舉辦。2013年聯合國在第六十八屆大會會議中,決定宣佈2015年為國際光年(International Year of Light and Light-based Technologies IYL 2015)。隨後,由德國奧芬堡應用科學大學(University of Applied Sciences Offenburg)設立2015國際光年網頁,為這個全球性活動拉開序幕。國際光年標誌的意涵,綻放的光代表永續與恆常的生命之源,多色旗幟代表國際、包容、科學、藝術、文化、教育等人類文明中重要課題。為了響應國際光年這個全球性的盛事,臺灣地區也舉辦一系列的營隊與巡迴演講等學術活動來慶祝,並選定由國立臺灣大學光電所,來舉辦國際光年臺灣區巡迴演講揭幕式。揭幕式典禮特別邀請國立臺灣大學校長楊泮池教授、中華民國光電學會理事長蔡定平教授、中華民國光電學會榮譽理事長李正中教授、中華民國光電工業協進會董事長石大成博士,以及臺灣大學電機資訊學院院長郭斯彥教授、臺灣大學電機系系主任廖婉君教授、臺灣大學光電所所長林恭如教授,與中華民國光電學會秘書長黃建璋教授等人,以及許多學術界重要貴賓與本校同仁蒞臨。

 

~ 2014光電所歲末餐會  花絮報導  ~

(時間:103年12月29日;地點:臺灣大學電資學院明達館3F中庭廣場

花絮整理:所學會會長蘇郁翔

歷經學運與食安風暴,回首2014似乎充滿動盪,卻也有更多溫暖點滴,對每位同學有著各自不同的意義,無論成就紮實抑或沉潛醞釀,很開心大家能在年末一同參與餐會,跟同窗夥伴餐敘閒聊,共同分享這歡樂的氣氛。今年除了準備餐點與邀約表演外,更有幸請多組同學現場獻聲展現精彩才藝,博得滿堂喝采,熱鬧非凡。

圖一、同學用餐及欣賞表演

圖二、取餐情形

本次在周一舉辦的餐敘同學們報名踴躍,簽到進場後漸漸熱絡起來,在電子琴悠揚的彈奏中談笑。很榮幸邀請到所上的大家長—林恭如所長為我們開幕致詞,林所長相當慷慨地支持我們的贈書計畫,為《電的旅程:探索人類駕馭電子的歷史過程》一書題字祝福同學,著實感激。緊接著由我們英氣颯爽的副會長王鵬瑞主持,歸功於他的安排與流利口條,表演的引介得以流暢地進行。

圖三、電子琴社同學表演

圖四、主持人王鵬瑞準備第一輪抽獎

同學陸續取餐完安頓下來,表演也進入下個階段。由台大火舞社的兩名同學為我們帶來精湛的彩球表演,雖然因為活動的安全不能使用火焰,舞者的律動與漂亮的甩技仍令人相當佩服。

圖五、火舞社表演(一)

圖六、火舞社表演(二)

接著來到大家期待的抽獎活動。臨時加碼到12張的電影票引起同學們的鼓譟,相信得獎的同學們能享受到良好電影體驗。另外還送出了實用的自拍夾、手機夾式鏡頭,以及同樣「食用」的西堤餐券。

同時下一場的表演也準備妥當,由光電所學生報名的徵才表演第一輪,陳彥璋、懷碩、吳孟融三位同學為我們帶來了動人的彈唱,現場同學們為表演者熱烈鼓掌,更為認識的朋友大聲喝采喊安可。

圖七、徵才表演第一輪(一)

圖八、徵才表演第一輪(二)

如同演唱會現場的鼓譟才剛平息,魔術師陳彥霖又以精湛的技巧激起了觀眾的期待。開場就憑空變出了一瓶飲品呼應我們的餐會,令人驚嘆連連。一位同學也受邀請與他上台互動,為表演更添歡笑趣味。

圖九、魔術師變出飲品

圖十、同學上台與魔術師一同演出

光電所同學臥虎藏龍,今天更是讓大家見識到眾多唱歌好手與樂器達人。郭令儀、王翔正、王家聲帶來陳綺貞的「太陽」,穩健的歌喉與吉他、卡轟(Cajon)鼓伴奏,婉轉的歌聲扣人心弦;古亭安以及游學謙演唱的 “I Won’t Give Up” 也大受好評。餘音繞樑大家仍意猶未盡,本次的餐會也進入尾聲。

圖十一、同學們沉浸在美好歌聲中

圖十二、徵才表演第三輪

所謂天下無不散的筵席,大家等待的活動高潮便是抽出壓軸大獎。主持人首先為本次活動的順利進行感謝每位參與的工作同仁,接著展開最後的摸彩!包括十二廚自助下午茶券、羅技電腦喇叭、後背包、拍立得相機。最後在滿懷期待,每位同學都集氣祈願的緊張氛圍中,抽出了最大特獎iPad的幸運得主!雖然沒辦法讓每個人都得獎,來年仍然是人人有機會。也感謝同學們的捧場參與,希望大家都能在新的一年,擁有豐碩的努力回報!

這次餐會能順利圓滿完成歸功於許多人的幫忙協助。謝謝所上的老師們支持,尤其是林恭如所長,答應為我們致詞與題字贈書;感謝到場的吳肇欣教授熱心幫我們抽獎。活動的流程中也在諸多方面受了所辦行政小姐的幫助,謝謝姚力琪小姐在活動細節的指教還有協助公文的進行。也感謝博理館、明達館管理中心的吳先生、汪小姐給予器材與場地的借用協助。

活動流程也由衷感謝所學會的夥伴們。最可靠的副會長王鵬瑞妥善掌握當日流程,對於購置獎品、表演者們的聯繫協調以及整體活動的規劃都出了很多力,功不可沒。陳彥霖同學除了接下我們的表演委託,也幫忙活動策畫與構思。陳廷豪學長提供各種活動經驗建議與現場人力支援。楊媛茹同學熱心幫忙,才有精美的海報視覺設計,還和郭令儀同學製作模樣討喜的抽獎寶貝球,完成精美的美宣工作。她們兩人也另外和曾家盈同學支援餐會的簽到與抽獎券發放,讓大家能迅速入座。姚承佑同學推薦不少獎項,且為購買獎品奔波,也謝謝和他幫忙搬運器材的石汶橙同學與梁逸華同學。林晃巖教授實驗室的林暐杰學長與王家聲同學,陪我們留到最後收拾整理。還有長久以來一直關注所上活動的陳奕均學長與張晏碩學長,在一些細微之處也貼心提供了協助,感謝你們的勉勵。以上,再次致謝為這場活動付出心力的成員們。祝大家有美好的新年,再會!

 

 
 
     
 

~ 2014年3D互動影像顯示學術論壇 ~

(時間:103年12月22日;地點:臺灣大學博理館)

近年3D立體影像內容與互動技術逐漸地普及且貼近使用者生活,為增進學術與產業交流,朝向高附加價值之3D立體與互動應用發展的宗旨,台灣3D互動影像顯示產業協會(3DIDA)與臺灣大學光電工程學研究所於2014年12月22日假臺灣大學博理館201室,舉辦「2014年3D互動影像顯示學術論壇」,論壇協辦單位為:雲林科技大學與電子情報通信學會(IEICE)。

圖一、論壇由3DIDA理事長黃乙白教授致詞揭開序幕

在3DIDA學術推動委員會與林晃巖教授的邀請與安排下,六位在3D立體影像與互動技術領域學有專精之學者與會分享先進技術發展與未來應用,內容包括軟體與硬體,範圍涵蓋學理與應用,議程表列如下:

圖二、論壇議程表

圖三、陳建宇教授演講

博理館201室會場外,並邀請3DIDA協會旗下之光電廠商會員蒞臨展示自有3D立體影像與互動技術,包括:臺大洪一平教授實驗室、尼歐立體高清影像公司、英特盛科技股份有限公司、鉑金科技有限公司,希望藉由本次論壇激發學術與產業界的共鳴,促進學術與產業界的合作,達到雙贏的夥伴關係。

圖四、鉑金科技有限公司展示

論壇議程結束後,3DIDA舉辦會員大會,頒發本年度碩博士論文獎,並由三位博士論文獎獲獎者進行論文成果的簡短報告,碩士論文獎獲獎者則以海報展示論文成果,整天充實的議程在與會者合影後圓滿結束。

圖五、碩博士論文獎頒獎

圖六、與會者合影

 

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之三】

撰文:光電所碩士班學生李偉任

第一學期在蘇格蘭聖安德魯斯修課完之後,第二學期便前往比利時布魯塞爾進行碩士論文研究。

研究方面,因為只有一個學期的時間做論文,所以研究主題不會訂得太廣泛,我在布魯塞爾自由大學(VUB)的B-Phot team做研究,B-Phot team是在歐洲光電領域相當有名的實驗室,除了與根特大學等多所大學有學術交流之外,也與多所光電領域相關公司產學合作。因此碩士論文的題目也大部分都是與公司共同開立的。我的碩士論文題目是利用光學方法檢測玉米是否有致癌物質,並與比利時Tomra Sorting公司合作。研究過程中,會有Promotor及Supervisor帶你學習,Promotor通常都是教授而Supervisor會是博班的學長姐,大部分的時候都是由Supervisor與你討論,除此之外不定期會與Promotor報告進度,另外每個月也固定會與公司的主管及研究人員開會。跟公司產學合作會比較有進度上的壓力,主題都是公司現在想要開發或是面臨到的一些問題需解決而尋求與學術界合作,所以其實題目都非常的應用,也可藉此了解公司的科技技術與市場。

B-Phot team對於碩士研究論文規劃得相當好,在期中的時候會有一個較正式的期中報告,報告會請實驗室幾位教授或博士班學生一起參與,並針對你的研究做討論給建議,以及確認研究的進度狀況;而期末會有一個預口試,就是在summer school碩士口試之前,在學校裡先模擬口試,有了預口試,在正式口試的時候會比較容易進入狀況也不易緊張。

研究過程中,我與我的Supervisor的討論還蠻頻繁的,我的Supervisor是一位嚴謹的博士班學生,對於我的研究進度非常要求,因此在她的監督之下,我很快就有一些研究成果,此外她很能接納不同的意見,若我有什麼想法與她討論,她會針對我的想法給予意見並讓我嘗試去做。雖然我的研究論文在量測實驗的比重佔很大部分,但我的Supervisor也會盡量讓我多接觸一些新的知識或工具,在光路的架設方面,她也建議我可以學光學模擬軟體(Code V或Zemax)預測一下光路;我的實驗所使用到的樣品非常多,所以得到的數據也非常巨量,我也趁此機會學習了工業常用的統計軟體(Unscramblers),在這跨領域的題目當中除了光電基礎知識外,還認識了農業化學與工業統計相關的知識,著實收穫豐碩。Supervisor在我做實驗的過程中也力求我要完全理解後再開始動作,有任何問題或不了解的地方,她都很樂意再重複講解,對於我們都比較不熟悉的領域像是統計方面,我們也分別去找資料閱讀後再彼此討論相互學習!

在最後寫論文的期間,我的Supervisor也非常用心地幫我改論文,通常每個章節都會來回三至四次左右,雖然每次都要大改,但在寫論文的過程中能深刻體會到中西文化對於學術寫作的差異,此外對於格式以及文獻參考的標準也非常高。

雖然只有一個學期的研究時間,不過在B-Phot team裡面除了了解歐洲研究文化之外,也有相當不錯的成果,我的研究成果也幫助我的Supervisor在學校舉辦的PhD Day中拿到了最佳論文獎,並且在San Diego的SPIE Optics + Photonics發表。(雖然自己無法參加有點可惜)。【精彩內容,下期待續~】

上圖為實驗所架設之光路系統

 

撰文:光電所碩士班學生陳井一

下學期做論文研究的學校,在出國前就已確定。其實在聖安修課期間,我們都會各自與下學期的指導教授聯絡,並要一些資料來看。一方面能讓我們順利地完成研究技巧(Research Skills)這門課,一方面也能讓我們在下學期更快速地融入新的研究環境。

根特大學科學園區

而我選擇了在比利時的根特大學(Ghent University)做研究。根特大學散布於整座根特城市,整座城市就是校園。我做研究的地點在根特大學的科學園區 (Technologiepark)。在這裡做研究我們都會被安排一位Promoter(指導教授)和Supervisor(博士生)來帶我們。到實驗室報到的第一天,指導教授就在研究辦公室為我安排了座位,很熱情地介紹實驗室的大家給我認識。辦公室裡大部分都是博士生和博士後研究生,所以一開始的時候壓力蠻大的。但後來發現實驗室的大家都很好相處,研究上遇到問題可以直接找他們討論,他們都很樂於幫助你。指導教授的辦公室就在隔壁,但老師通常很忙,沒有太多時間和學生見面,但基本上還是很歡迎我們來找他討論。

因為做研究的時間只有短短的半學年(約六個月),加上還要撰寫論文,相較於在臺灣做研究,時間上是蠻趕的。Supervisor都會從旁協助,給你一些想法,引導你進行實驗。在這裡Meeting的方式也比較不一樣,沒有那麼頻繁,也沒有固定時間。基本上是四到五個星期一次,指導教授會另外寄信通知Meeting時間。Meeting主要就是在做這期間的進度報告,無論是成功的或失敗的都得提出來,和實驗室的大家一起分享討論。

下午茶招待活動

在這邊做研究期間,發現在這裡大家都蠻注重生活品質的,過著朝九晚五的生活。而且老師非常不鼓勵留太晚,有些實驗室若要晚上留下來進行實驗還得另外提出申請。基本上6點大家都離開的差不多了。努力做研究工作之餘,整個研究單位偶爾還會辦下午茶招待活動,讓大家享受美好的下午時光,也讓我們有更多機會和其他group的人員互相交流認識。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生林詩穎

EMSP的課程安排中,在第二學期時,根據當初所選擇的論文題目,學生們會分散在不同學校、不同實驗室,我們不需修任何的課程,可以全心全意專注在論文研究上,由於只有短短的一個學期,研究題目通常都會是指導學長(supervisor)論文題目的其中一部份,因此,密切和指導學長溝通是很重要的。

由於我所選擇的題目和之前在臺大光電所的研究題目相關性不高,因此,一開始花了很多時間在背景的了解和熟悉模擬軟體上,也一度很擔心自己進度落後,所幸指導學長很有規劃地分配好進度。另外,由於我的研究內容大多和模擬相關,指導學長也盡可能讓我有機會實際操作、量測,增加學習的豐富度,因此,我認為能夠定期和指導學長討論是件相當重要的事。在研究過程中,難免會遇到瓶頸,除了自己找尋參考資料外,和同學、學長姐討論也是很有效的方法,大家都很熱心也很樂於分享所學,甚至是不同實驗室的學長姐也都很樂於指導,而這種類似知識、資源共享的概念,對於我這種新手來說是有很大幫助的。在研究上,除了和指導學長討論外,也會定期和教授meeting,只是和在臺大比起來,頻率相對低很多,約莫三個星期一次meeting,而教授通常也不會給予太多的評論,只會稍稍提醒下一步的方向,不過,若是有遇到任何瓶頸,定期的meeting都是很好的討論時機。在整個研究過程中,我覺得他們給予碩士生很高的自由度,不論是在研究上或是時間的分配上,指導學長總是不斷鼓勵我提出新的想法和意見,就算是天馬行空的想像都可以拿出來討論。在討論室,常常可以聽到大家很熱切地討論某個議題,感受到他們對研究的熱誠,我覺得這是相當寶貴的。

除此之外,報告方式也是一個很難得的學習經驗。不論是課堂報告或是參加國際會議時,常常看到外國人利用適當的幽默感和簡潔有力的報告方式吸引聽眾的目光,也能很成功地傳達想表達的內容。而在這個學期中,我認為指導學長在報告方式上給予我很多的建議和幫助,從大方向到小細節,指導學長都很有耐心地提醒我,讓我更了解他們是如何構想一份報告和表達自己的研究內容,再經過自己的思考消化後,也能漸漸補足自己的不足之處。

在這短短的一學期中,不僅是學習到新的知識,也感受到不同的研究方式,甚至是不一樣的思考模式,這些和過去習慣方式的不同之處沒有絕對的好壞,只是能更豐富自己的視野,也讓自己有機會跳開既定的思考方式。【精彩內容,下期待續~】

 

 

 
     
 
 
3D Analysis of the influence of random indium alloy fluctuations in InGaN quantum wells on the device behavior

Professor Yuh-Renn Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳育任教授

In this research project, our group worked with Prof. James S. Speck in SSLEEC in UCSB. We work on developing 3D analytical simulation tool to be capable to analyze the carrier transport and recombination behavior in random alloy InGaN quantum well. With the experimental result of indium distribution of InGaN quantum well obtained by Atom Probe tomography provided from UCSB. We analyze the influence of the intrinsic random indium fluctuation in the InGaN quantum wells on the carrier transport, efficiency droop, and emission spectrum in GaN-based light emitting diodes (LEDs). Both real and randomly generated indium fluctuations were used in 3D simulations and compared to quantum wells with a uniform indium distribution. We found that without further hypothesis the simulations of electrical and optical properties in LEDs such as carrier transport, radiative and Auger recombination, and efficiency droop are greatly improved by considering natural nanoscale indium fluctuations. The detail result is published in JAP 116, 113104 (2014).
 

Fig. 1. (a) The calculated QW conduction band potential map with indium fluctuations at a forward bias of 2.94V. The dark blue color shows the deepest potential (higher indium composition) in the QW. (b) One of the electron eigen wavefunction. The wavefunction localizes in the corresponding high indium region. (c) The calculated emission spectra when including the indium fluctuation at 20A/cm2 current density. The blue line is the average result of 20 random cases, the black line is the ideal uniform QW, and the dashed lines represent five different random fluctuation maps. (d) Change of emission peak energy with current density. Ideal QWs with 50% and 100% polarization values are shown for comparison. The blue circle is the emission peak calculated in the indium fluctuation case.

Fig. 2. (a) The simulated structure for modeling the carrier transport, which includes 6 QWs and one AlGaN electron blocking layer (EBL). (b) The calculated conduction band potential at 3.1 V. (c) The radiative recombination rate at a forward bias of 3.1 V. The unit is (1/cm3 s).

 

 

     
 
 
論文題目:像差變異最小化設計方法於共軛變化成像光學系統之研究

姓名:林貞宏   指導教授:林晃巖教授

 

摘要

本論文所呈現之內容為提出一像差變異最小化設計放方法於共軛變化之成像光學系統的研究結果。文獻研究中發現瞳上球面像差(pupil spherical aberration)對達到像差變異最小化目標具有重要意義。本文基於像差之物理概念輔以數學方法融合並推導出一明確設計方法。為提高此方法於一般光學設計軟體中之使用方便性,吾人將此方法轉化以基本像差中的像散(Astigmatism)與畸變像差(Distortion)之代數關係之控制達成抑制瞳上球面像差方法之設計方法,稱為像散與畸變像差控制達成瞳上球面像差最小化方法(ADC-PSAM)。共軛變化光學成像系統之ADC-PSAM設計流程與一般設計流程圖整理於圖一,從圖中可之設計步驟較為簡單。圖二內容所示為瞳上球面像差與像散為正向關係與ADC-PSAM方法抑制瞳上球面像差變化於共軛變化時之成效。論文中亦以有限共軛成像系統(以內視鏡鏡頭為例)與無限共軛系統(以變焦鏡頭為例)兩類系統之設計實例驗證理論的正確性。

圖一

圖二

 

論文題目:利用氧化矽中摻雜矽量子點進行全光調變研究

姓名:吳仲倫   指導教授:林恭如教授


摘要

由於矽量子點在紅外光波長具有極強的自由載子吸收特性,因此我們進行全光自由載子吸收調變器的研究,圖一為利用矽量子點進行全光調變之系統示意圖,我們以一調變之紫外光光源激發矽量子點,使之在導帶產生自由載子;另外,使用一未調變之紅外光源由側向注入矽量子點光波導結構,由於矽量子點內之自由載子吸收特性,使得注入之紅外光被進行反向格式訊號調變。此外,我們發現當量子點尺寸由4.3nm縮小至1.7nm時,其自由載子吸收面積會由2.8x10-17cm2縮減至8x10-18cm2,雖然自由載子吸收面積會隨著矽量子點尺寸縮減而劣化(如圖二所示),但是我們發現自由載子活期將由~10ms增快至0.48ms,這是由於在動量空間中,量子侷限效應使得電子電洞波函數之重合率會隨量子點尺寸縮小而增加。接著,我們成功利用矽量子點建構出全光自由載子吸收調變器,並且呈現了全光反向歸零訊號格式的調變,也發現當尺寸由4.3nm縮減至1.7nm,其最佳的調變位元率可由100 kbit/s增快至2 Mbit/s。

圖一、利用矽量子點進行全光調變示意圖。

圖二、自由載子吸收面積與矽量子點尺寸之關係。插圖為矽量子點能帶示意圖隨尺寸之變化情形。

 

 
 
 

— 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、廖瑋珅 —

碎形(fractal)圖案電極的未來應用

碎形(fractal)是基於自相似性(self-similarity)原理構成的美麗圖案。知名的例子有樹木的分枝排列、河流或血管的網狀系統分佈等。現在,研究人員已經發現碎形可以被充分運用於創造具有優異光電特性之透明超薄金屬電極(transparent ultrathin metallic electrodes)。

基於氧化銦錫(indium tin oxide)或氧化鋅(zinc oxide)等導電性氧化物的透明電極,在太陽能電池、發光二極體和顯示器等元件中扮演極為關鍵的角色。但是它們有些性能不盡理想,如:成本高、材質易碎以及不適合搭配有機材料一起使用等,因此,大多數的研究都致力於尋找替代品。其中的一個選擇是使用超薄金屬層(ultrathin metal layers)。Farzaneh Afshinmanesh和在美國史丹佛大學傑保(Geballe)先進材料實驗室及光子科學研究所,與西班牙加泰隆尼亞的研究機構及巴塞隆納先進研究室的同事,證明碎形幾何之超薄鋁電極的光電特性優於具有光柵或網格圖案的金屬電極(Nano Lett. 14, 5068–5074; 2014)。

提到透明電極的設計,高透光率是很關鍵的品質因素。作者研究了各種不同設計的鋁電極,將其整合至矽光電檢測器(silicon photodetector)之中。研究的圖案包含線形光柵、網格與希伯特(Hilbert)和皮亞諾(Peano)碎形圖案(圖1)。除了光柵圖案電極外,其餘檢測器之波長及偏振解析(polarization-resolved)實驗(圖2)的光電流響應(photocurrent responses)顯示:在450-750奈米的寬頻響應中沒有任何的偏振依賴性(polarization dependence)(圖3)。重要的是,以希伯特和皮亞諾碎形圖案為電極的檢測器有助於顯著的改善其響應:相較於網格圖案分別提高了40%和34%;而相較於光柵圖案則是分別是提高了7%和3%。

圖1、左圖為希伯特碎形,右圖為皮亞諾碎形

圖2、對於電極量測其波長及偏振響應

圖3、不同電極圖案的特性。掃描式電子顯微鏡底下鋁電極圖案為(a)線性光柵(b)網格(c)希伯特碎形(d)皮亞諾碎形。(e-h)對於每一個電極量測其波長及偏振響應結果;平均波長和偏振響應分別為0.144,0.110,0.154和0.147 A/W。

分解傳統碎形圖案,將金屬線轉換成水平和鉛直地平行圖案,可以幫助說明觀測後的物理現象,水平式光柵主要穿透垂直偏振光;反之,鉛直式光柵則穿透水平偏振光(圖4)。沿著碎形表面的反射影像顯示出不同的亮區和暗區,分別表示低穿透率及高穿透率區域。
 

圖4、(a,b)希伯特碎形分別分解成鉛直和水平線。紅色箭頭為有效電場方向。(c-h)反射式光學顯微鏡底下,兩種正交線偏振雷射光源不同導線寬度的希伯特碎形的成像。上列對應水平偏振,下列對應垂直偏振。

碎形圖案電極經由更進一步的研究可以證明能有效應用於相機、顯示器及太陽能電池等。在最後一種情況,碎形圖案可能對於光捕捉(light trapping)是有幫助的。
 

參考資料:

1. Maria Maragkou,Transparent electrodes: Fractal future, Nature Photonics 8, 817 (2014) doi:10.1038/nphoton.2014.257

http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n11/full/nphoton.2014.257.html

2. Farzaneh Afshinmanesh, Alberto G. Curto, Kaveh M. Milaninia, Niek F. van Hulst, and Mark L. Brongersma,Transparent Metallic Fractal Electrodes for Semiconductor Devices, Nano Lett. 14(9), pp 5068-5074 (2014)

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl501738b

   
 
 
 
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