第105期 2015年2,3月刊
 
 
 
发行人:林恭如所长  编辑委员:吴肇欣教授  主编:林筱文  发行日期:2015.03.15
 
 
 本所林清富教授、沈品均硕士生荣获「2014年度科技部杰出技术移转贡献奖」,特此恭贺!
 
发明人 研发成果
林清富教授、
沈品均硕士生
制作参杂金属离子之硫化锌奈米粒子的方法以及应用其进行光致发暖白光的方法

本所3月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电所专题演讲

3/13 (Fri) 李嗣涔教授
台湾大学
电机系
信息医学—X信息的发现 博理馆
101演讲厅
16:30~18:00
3/20 (Fri) 林清富教授
台湾大学光电所
环保和健康维护的光电科技Photonics for Environment and Health Protection 博理馆
101演讲厅
16:30~18:00
3/27 (Fri) 黄得瑞教授
东华大学光电工程学系

太阳能电池的发展思考与契机(Potential Opportunities and Development Strategies of Solar Cells)

博理馆
101演讲厅
16:30~18:00

 

 

 

 
 
     
 

~ 冯哲川教授荣退纪念 ~

(本文汇整:光电所林恭如教授兼所长)

教育经历(从大学本科开始,按时间倒排序)

1983/1 – 1987/12,匹兹堡大学(美),物理与天文系,博士
1978/10 – 1981/10,北京大学,物理系,硕士
1962/9 – 1968/12,北京大学,物理系,学士

工作经历(按时间倒排序)

2003/8 – 2015/2,国立台湾大学,光电所暨电机系,教授
2002/5 – 2003/7,乔治亚理工学院,电机与计算器工程系,资深科学家
2001/3 – 2002/4,Axcel光电公司(美),首席科学家
1998/2 – 2001/2,材料工程研究院(新加坡),光电部,资深研究专家
1995/10 – 1998/1,Emcore公司(美),研究部,专职科学家
1995/1 – 1995/9,乔治亚理工学院,电机与计算器工程系,研究工程师
1992/10 – 1995/1,新加坡大学,物理系,资深专家
1988/1 – 1992/9,Emory大学(美),物理系,副研究员/研究助理教授

图一、冯哲川教授摄于台湾大学椰林大道一隅。

图二、参访莫斯科大学留念。

积极奉献

冯教授在光电所十余年教职中于教学方面不遗余力,这十一年间积极任事由光电所筹办之台湾大学「光电科技学程」委员会成员,并开授了以英语授课的研究所课程包括Introduction to Display Technologies(显示技术导论)、Wide Gap Semiconductor Engineering(宽能隙半导体技术)、Compound Semiconductor Characterization Technologies (化合物半导体检测技术)、Short Wavelength Semiconductor Engineering(短波长半导体工程)等课程。在冯教授任职的期间,我们台湾大学的世界大学排名同时也进步到80名左右、电机系则进步到30名左右。这是全体教职员生共同努力所获致的成果,但冯教授在新课程英语教学以及在前瞻研究方面的大量著作特别是六本重量级的书籍著作实在是功不可没。

在国际学术交流的方面,冯教授曾经担任过许多光电、材料相关重要国际会议的keynote、plenary、邀请演讲者。他也是Physics Review Letter, Physics Review B, Applied Physics Letters等重要学术期刊的审稿者。他也曾担任期刊专刊例如Thin Solid Films and Surface & Coatings Technology的客座编辑。在2003年迄今这段期间,他也荣任许多大陆大学的客座教授;这些大学包括四川大学、南京工业大学、华中科技大学、华南师范大学。他也是许多重要国际会议议程委员会的成员;这些研讨会包括Asian-Pacific Conferences on Chemical Vapor Deposition, International conference for white LEDs and solid state lightings。他是台湾镀膜科技学会(TACT)的理事。此外在2013年也被授予SPIE Fellow的荣誉。

根据光电所的学术研究资料统计,冯教授在台湾大学光电所暨电机系的十一年间,他一共发表了112篇期刊论文,绝大多数被收录在SCI数据库、有一些则被收录在EI数据库。他也发表了多达250篇研讨会论文。这些论文含摄了当今重要的固态奈米、光电、电子领域,包括III-Nitrides、SiC、ZnO、III-V、II-VI、氧化物、奈米碳管等具有组件应用性的材料。作为一位资深的科研工作者,他以身作则指导、培养研究生与年轻的教授学习担任研究的主要工作、并鼓励他们以第一作者发表文章。特别的是在这段期间,他担任编辑,集结这些研究工作者在世界知名的科研出版社:Taylor/Francisco (USA)、Springer (Germany)、以及Imperial College Press (UK)出版了三个宽能硅半导体领域的六本重要专书。

图三、冯教授编纂的六本英文版研究专书。

同仁回忆

冯教授当年仍在亚特兰大工作之际,本所杨志忠教授时任本校光电所所长,特为聘任一事兼程赴美拜访冯教授,随后更是不遗余力奔走,使冯教授能顺利应聘至本校光电所就职。杨教授半开玩笑说起冯教授当年曾经不希望女儿随台湾女婿(冯教授的女婿亦是本校电机系1986级校友,本所黄升龙教授与彭隆瀚教授的同班同学)返台,不想自己反而却先女儿一步赴台湾大学就任教职工作。本所林浩雄教授也回忆冯教授在2003年八月到台湾大学就职当时任电机系副系主任,当年冯教授是在美国乔治亚理工学院电机与计算机工程学系(Department of Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, USA)任职。该校排名世界前10大,而该系排名电机领域之前2-4名。冯教授经光电所杨志忠所长提聘以正教授职务延聘到职。

图四、冯哲川教授到任时电机之友特别报导。

冯教授在任光电所教授期间广结善缘,与学校内外各领域学者多方合作,与本所林浩雄教授、刘致为教授、凝态中心林丽琼教授与陈贵贤教授,以及大叶大学武东星教授均有长期的合作关系。此后十余年间,冯教授与除上述教授之外许多教授在学术都有相当深厚的合作关系,包括共同指导硕士与博士研究生、共同发表一系列的重要期刊论文、共同安排包括由大陆来的访问研究人员、研究生进行各项研究,特别的是共同利用稀有的新竹同步辐射研究中心光源进行原子结构研究。林浩雄教授更进一步说明:「我的合作者冯哲川教授是一位充满了学术经验与研究热忱的科研工作者;他以充沛的活力,奔走、联系、发展学术的合作,使得台湾、大陆、甚至美国的贵重仪器设施能够借着这些学术合作能够充分应用。让合作的科研工作者、学生能因而拓展研究的限制,并获致产生了重要研究成果并在重要的科学期刊例如Optics Express、Applied Physics Letters、Physical Review B等发表。」

冯教授在台湾大学任职期间,充分显示了他的科研领导能力,以其旺盛的科研热忱,带领年轻的科研工作者,进入前瞻的科研领域。例如他充分利用台湾先进的同步辐射光源探索许多前瞻的光电、电子材料结构等等,这些事迹也受到包括刘致为教授、林浩雄教授与林恭如教授在内的许多本所同仁推崇备至。咸认作为冯教授的共同研究者一起指导研究生、并体会他的积极与戮力以赴因而完成获致许多研究成果,是这些研究同侪至今仍乐于持续合作的动力。冯教授有很强的国际学术合作整合能力,他曾经带领超过20位大陆研究生在台湾大学的实验室或其它的实验室进行短期的合作研究,他也安排多位来自美国、新加坡、印度、欧盟的重要教授到台湾大学来进行短期访问与合作。这方面的整合获致了相当好的科研成果。冯教授为人也非常热心,在去年底由杨志忠教授顺邀正在台湾访问,以开发蓝光半导体发光组件荣膺新科诺贝尔物理桂冠得主的天野浩教授,由高雄兼程赶来台北参加台湾大学光电所光电论坛给予专题演讲,路途中冯教授代表杨教授一路陪同天野教授,甚至因时程因素主动缩短自己荣退演讲时间也不以为意。冯教授经常与大家分享他四海为家交闻广阔的游历,这种体现四海内皆兄弟、天下广任翱翔的精神,确实颇令后辈向往推崇。

图五、冯哲川教授与2014诺贝尔物理奖得主天野浩教授合影。

图六、冯哲川教授以北京大学物理系校友身份返校参加北大物理一百年庆祝活动。

在光电所为冯教授举办的荣退纪念演讲会中,包括前电资学院院长贝苏章教授、与几位前后任光电所所长如张宏钧教授、林清富教授与黄升龙教授,与半数以上本所同仁都出席参加。冯教授仍旧滔滔不绝地阐述着他在碳化硅半导体方面数十年的研究心得,让光电所与电资学院的师生同仁在短短的数十分钟,就能够体会冯教授半生研究的精采。张宏钧教授在电机系办理荣退纪念会中忆及冯教授每每在电机系与光电所的各种会议上,总还孜孜不倦地看着期刊论文的纸本并且仔细地在上面用红笔加直线或注记文字,张教授说:「我们大家一般都是利用午餐会谈休息或是与同事闲聊,像冯教授一样在会议中这么认真于研究的同仁不多。」随后,电机系张时中教授则想起经常在教授休息室看到冯教授目不转睛地盯着电视节目看一两个钟头,后来才晓得冯教授是以校为家的人,而看电视是他研究工作之余唯一的娱乐。林所长特别记得的事是冯教授用A4纸条列待处理工作,等工作完成后再逐一将A4纸一条条撕除,这样经年累月养成的习惯,更是令后学在研究态度上难以望其项背。

图七、冯哲川教授2014年12月19日于博理馆101演讲厅发表荣退演说。光电所所长林恭如教授致赠荣退纪念礼物。

研究经历

冯哲川教授自2003年至今任教于国立台湾大学光电所暨电机系,他参与编辑及出版高效能复合半导体及显微结构、多孔硅、III族氮化物半导体、III族氮化物组件、氧化锌及奈米工程领域的9本专书,发表过超过530篇论文(超过220篇SCI收录)并被引用超过2,600次。他在不同的国际会议及大学担任规划人及邀请讲者,并担任Physics Review Letters、Physics Review B、Applied Physics Letter等著名国际期刊的审查人,Thin Solid Films and Surface & Coatings Technology期刊的主持客座编辑,及南京工业大学、华南师范大学、华中科技大学、南开大学、天津师范大学的访问教授。他目前是亚洲化学气相沉积会议国际组织委员会委员、白光LED国际会议组织委员会委员、台湾镀膜科技协会前理监事会成员。冯教授目前研究课题主要是着重在宽能隙半导体(SiC、III-Nitrides、ZnO等)和微奈结构的多学科材料研究、微奈米器件的研发、金属氧化物化学气相磊晶等技术的成长研发,希望对于以上复合材料及器件的改进提供贡献。冯教授荣膺2013 SPIE Fellow。

冯哲川教授自1983年至今从事碳化硅研究超过30年。成果多且杰出,在国际碳化硅研究领域有重要贡献和影响。其许多碳化硅论文被广泛引用,如1988年出版于Journal of Applied Physics的3篇长论文(均超过10多页)至今仍被引用,已超过300多次。此外,两家著名国际科技出版商Springer和Taylor & Francis出版其碳化硅专书:《SiC Power Materials – Devices and Applications》(Editor: Zhe Chuan FENG, Springer, Berlin, 450 pp, 2004);《Silicon Carbide: Materials, Processings and Devices》(Editors: Zhe Chuan FENG and Jian H. ZHAO, Taylor & Francis Books, Inc., New York, 416 pp, 2003)。

目前的主要研究领域和研究课题是着重在宽能隙半导体的多学科材料研究及奈米器件制程及研发、金属氧化物化学气相磊晶和其它技术长晶及研究、多学科检测技术在光学/电子材料/结构的应用、计算机理论仿真宽能隙半导体及奈米结构之光学和材料特性,希望对于以上复合材料的改进提供贡献,例如:探索不同的长晶方法,研究生长过程的缺陷和问题,深入其物理机制和了解光学及结构实验上的发现 ,探索新路径以控制生长过程中产生的缺陷,以制成高质量的碳化硅、氮化物、氧化物和其它磊晶材料和器件。

生活翦影

图八、冯哲川教授与母亲及家人合影。

 

 

光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ~

【之四】

撰文:光电所硕士班学生李伟任

在欧洲这一年的生活跟台湾非常迥异,首先要先学习的就是要如何喂饱自己,煮饭做菜是每个留学生必备之技能,过惯了台湾随处可吃的生活后,刚来到欧洲求学真的不太适应,光是下课回宿舍煮饭、吃饭、洗碗,就花了我们大半时间。而且一开始还不太会煮,常常都要花许多时间。但也渐渐地找到了烹饪的兴趣,有时候难得早点下课或是周末假日,我就会上网找一些想吃的台湾料理的食谱,开始洗手作羹汤。跟同学也常常一起煮饭吃饭分享食物,也算是在求学中的乐趣之一。

苏格兰圣安德鲁斯是一个历史悠久又纯朴的小镇,所以没什么太多的娱乐生活,我们却因此找到了逛超市的乐趣,因为宿舍跟超市距离非常远(步行大约都要20~30分钟左右才会到),我们平均大概一周会去采买一到两次,每次都是好几天份的量,所以逛超市便成为我们每周期待的活动。在圣安的超市以Tesco、Aldi、Morrisons为主,另外还有Sainsbury's可供选择,每家超市的特性都不同。Tesco就在镇上,非常方便但是价格稍贵一些,适合临时有缺什么食材下课后可以直接去买;Aldi是德国的廉价超市,卖的东西选择性较少且质量没有那么好但价格非常便宜,是我们比较常去的超市;Morrisons是在Aldi附近的一家大型的超市,选择种类最多,价格介于Tesco与Aldi之间,常常会有促销活动。

在圣安的生活比较单纯,步调也比较慢。因为修课与繁重的课业之缘故,大部分的时间都花在上课、写作业、实验课跟准备考试上面,但休闲娱乐还是不能少,除了每周都会去打羽球之外,宿舍常常也会举办学生活动,或是宿舍同学间也会办Party,以学生生活为重心。此外我们也有参加学校社团举办的歌唱比赛,在国外的期间会更有勇气去尝试一些以前在台湾可能不敢参加的活动。

下学期到了比利时布鲁塞尔之后,生活就跟圣安很不一样,一开始最需要适应的就是语言的问题,在圣安因为都是英文所以都还可以理解,除了苏格兰腔调之外。而在布鲁塞尔是双语区城市,在荷语与法语的夹攻之下,一开始真的很不习惯。但大约一个月之后就可以大致知道某些单字跟简单的对话,也就会习惯了。布鲁塞尔是一个非常国际化的都市,因为下学期没有修课其实跟学生的接触就会比较少,大部分交流都是与实验室的学长姐或同学。另外因为有持续在打羽球的缘故,所以在体育馆认识了一些新球友。

第二学期只有一门硕士论文研究,时间比较弹性,且比利时位于欧洲中心,到邻近其它国家都非常方便,因此下学期的生活,只要一有空我比较常到邻近的国家旅行,只要有一个周末的时间便可以到荷兰或是卢森堡来个两天一日游。也可以趁复活节连续假期来个一周之旅。

从欧洲的生活中体会到了时间规划的重要性以及独立,因为在湾太方便了,有许多便宜又好吃的美食、24小时不打烊的商店,而到欧洲因为物价太昂贵因此必须自己煮三餐,另外商店大概都晚上八点就打烊,周日甚至几乎都没有开!这些不方便都需要想办法去解决及适应,时间也常常在处理一些生活琐事中不知不觉就流逝了,但后来渐渐会知道要怎么把握时间,也很习惯自己去处理面对生活中的各种杂事,像是要如何在不懂法语或荷语的环境中与房东签约、到市政厅注册、超市购物等。这些生活体验都非常难得,也让我可以习惯陌生的环境并非常迅速地适应!【精彩内容,下期待续~】

上图为初到圣安在中秋节时应景的自制月饼。

 

撰文:光电所硕士班学生陈井一

离乡背井来到一个新环境,当兴奋的情绪逐渐淡去,很快地随之而来的就是种种的生活挑战。

印象还颇深刻的是在刚踏入圣安的第二晚,就开始烦恼着要吃甚么了。一方面的顾虑是这里的食物太贵了,吃一餐平均要10磅(在比利时则差不多在7到10欧),这价位在台湾就可以吃到饱了;另一方面在台湾生活过太好了,平时都在外面吃,很少自己下厨,现在来到新环境需要开始学煮饭喂饱自己,就叫人束手无策了。但被环境所逼,很快地你不得不掌握这生活技能,而且你会开始享受这过程,给自己弄一顿好吃的。在圣安和根特,要购买食材都很方便,这里有还不算小的超商(Tesco、Aldi、Lidl、Delhaize等)。各式各样的蔬菜、水果、肉类生鲜、生活用品、甚至家电用品都可以买到。每天在家里自行煮菜解决三餐的话,其实可以很省。平均一周会到超商买一次食材,大约30~40欧就可以解决了。当然这里也找得到一些亚洲超商,想念中式食物的时候还是买得到。学校餐厅也是另外一个选择,有学生优惠,价位大约是外面的一半,5欧/磅内就吃得到还不错的一餐。

刚到圣安的时候是9月,正逢秋天,天气还算凉爽的。但温度转凉的速度很快,早晚温差很大,平时出门需要注意保暖。冬天也很快地跟着到来,12月的时候,温度会降到零下5度左右。在欧洲的冬天虽然寒冷,但室内都备有暖气设备,所以回到屋内其实挺温暖的。来到了根特的时候很快地进入春天,我自己最喜欢这季节了。这简直是最宜人的气候,到处鸟语花香。当气温开始回升的时候,整座城市就充满了生机。尤其是假日中午的时候,绿油油的草皮都布满着享受着日光的人潮。

住宿方面,在欧洲是相对贵了很多。就我而言,一个月的生活开销平均在25K~30K,住宿就占了一半以上。在圣安的住宿安排,在出发前就已经确定了。学校开放给学生申请的住宿种类很多,有House、Apartment、Studio等,当然价格也差很多。我住的是Fife Park House,整个学期(3.5个月)下来约1000英磅,已是当中最便宜的。Fife Park House是双层楼的房子,上下各三间房间,一楼有不算大的厨房。不算大是因为当六位房友都同时挤到厨房来就显得拥挤了。相较于Apartment(套房)或Studio(有自己的厨房),House属于比较旧式的房子,因此隔音做得比较差。所以需要在生活质量和住宿开销之间去做衡量。在根特方面,学校基本上也有安排住宿,但价位并没有比较便宜(400欧)。在外面找房子反而有比较便宜的(250~400欧),视离学校、市区远近而定。外面找房子的话,非常建议人在圣安(11月左右)的时候就开始找。因为语言不太通,加上无法到现场看房子,要找到满意的会花上不少时间。另外也特别提醒关于抵押金退款方式和合约条件都要弄清楚,以免在退宿的时候才后知后觉地发现一些不合理的地方。

在圣安的住宿地点离系馆和市区有些距离,若用走的单趟就会耗上20~30分钟。当初到的时候很迫切地想找代步的脚踏车,但在圣安要找到便宜的脚踏车相对难很多,学校推出的二手脚踏车最低要价就90磅了,更别说新车了。当然有办法和前人或学长姊便宜转手最好不过。好在上学途中的沿路风景都很漂亮,而且其实步行去上学或到市区的人不少,尽管花的时间长了一点,但过程并不会让你觉得漫长。在根特的话,交通方式选择很多,而且可以随季节选择不一样的交通方式。就我而言,冬天的时候由于天气较湿冷,我都会选择搭电车和转公交车。班次很多而且可以选择买月票(学生优惠约20欧)。春天到来的时候,天气转好,可以到与学校合作的脚踏车出租商店去租一台(http://www.studentenmobiliteit.be/student/en/),价位相当便宜,3个月只要20欧的租金。个人觉得这是春天开始到学期结束最好的交通方式。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生林诗颖

生活在苏格兰的St. Andrews小镇,像是活在另一个世界、独立的泡泡内,也许是因为那是一个田园小镇,也许是因为是一个名符其实的大学城,所有生活围绕着University of St. Andrews,显得很单纯和平静。那里的生活很规律,除了繁重的课业外,每个周末和大家一起到超市采购是一大乐趣,讨论着该尝试煮什么中式料理,或是相互提醒买特价又好吃的冰淇淋,这样鸡毛蒜皮的小事却是生活中不可缺少的乐趣。厨艺是每个留学生额外附赠的技能,大家都像是富有天分般地,查着食谱就能做出美味的中式料理,一解乡愁之苦。

在开学的第一周,学校会举办社团联展,有马术、登山攀岩、各种球类…等各式各样的社团可以选择,在修课之余,参加社团也是颇具乐趣的课外活动,像是和点心社的同学一起做蛋糕,即使之前没有任何基础,依然可以做出不美观但可口的蛋糕呢!在苏格兰的一学期,我们也抓紧时间到邻近城市观光、旅游,像是被视为苏格兰首府的爱丁堡以及苏格兰第一大城—格拉斯哥。不同于St. Andrews,爱丁堡是一个很都市化的城市,可以看到许多繁荣的商场、大楼,也可以看到保留良好的历史建筑。在欧洲,不能错过的是当地的大教堂,经过几百年的时间,许多教堂仍被维护得很好,看着雄伟而高耸的教堂,也不禁赞叹当时建筑工艺的能力,虽然我并非基督徒或是天主教徒,但透过语音导览也能对当时的历史背景略知一二。

在诸多回忆中,最难忘的莫过于期待冬天的第一场雪了。记得那阵子,每天早晨盯着手机气象预报,总期盼下雪的符号快出现,零度的温度快降临,即使都已经冻到不愿出门了,但这样的期盼是繁重课业中的苦中作乐。一如往常地,在图书馆里一边啃著书又一边望着窗外发呆,下着雨的天气显得有点糟糕,但剎那间狂风骤起,竟开始下着白色的雨,噢,不!是白色的片片雪花,第一次见到雪的惊喜感,让我不顾他人眼光奔向门外,用双手、身体亲自感受我殷勤期盼的第一场雪,被雪覆盖的草地、道路和房屋彷佛都和我一样同等的惊喜,他们也因白雪而多了一层美,即使这场雪来得短暂而匆忙,却让我多了一个全新的体验,也忍不住赞叹大自然的奥妙和美丽。

在欧洲的这段期间,没有台北的热闹,也没有台湾的便利,用缓慢的生活步调,却深刻感受到「生活」两个字是如何刻划。也许是自己辛苦烹煮的食物,所以仔细品尝;也许是异国风光,所以特别珍惜欣赏。在这里,会遇上形形色色的人,看着大家的相异之处,会让我们思考是什么让我们不一样?是什么让自己不一样?也许是来到了一个文化差异如此强烈的地方,让我有机会更深刻地了解自己,能有这样的机会,是幸运的。【精彩内容,下期待续~】

 

 

 
     
 
 
Vertically-Aligned Polymer-Stabilized Liquid Crystal (VA-PSLC) with a Curing Voltage

Professor Wing-Kit Choi

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 蔡永杰教授

We have recently been developing a new Liquid Crystal (LC) mode known as “Vertically-Aligned Polymer-Stabilized Liquid Crystal (VA-PSLC) with a curing voltage”. In this LC mode, a curing voltage was found to help reduce the otherwise strong scattering effect of a VA-PSLC. This LC mode was placed inside a Fabry-Perot cavity (coated with dielectric mirrors) to achieve a fast-response wavelength-tunable filter. Wavelength tuning range was found to decrease as curing voltage increased, which is consistent with what we expected since molecules had a larger pretilt angle when the curing voltage was higher. Shortening of response time (> 10X) was found as polymer concentration increased since the polymer effect helped improve the response speed. These filters can have potential in wavelength tuning applications such as Wavelength Division Multiplexing (WDM) in telecommunication systems where high speed is desirable. This new LC mode can also find applications where both fast response time and phase-only modulation are desirable (such as LCoS, beam steering, LC lens etc.)

 

Fig. 1. (Top) VA-PSLC with pretilt angle generated by a curing voltage. (Bottom) Structure of a VA-PSLC Fabry-Perot filter.

Fig. 2. Much reduced scattering (T) by adding a curing voltage.

Fig. 3. Shift of resonance peaks by applying voltage to a Fabry-Perot filter filled with VA-PSLC with a curing voltage.

Fig. 4. Shortening of response time as polymer concentration increases.

 

Ref: Wing-Kit Choi and Yan-Min Li , “Vertically-Aligned Polymer-Stabilized Liquid Crystals (VA-PSLC) with a Curing Voltage for fast-response wavelength tuning Applications”, accepted and to be published in Molecular Crystals and Liquid Crystals in March/April, 2015

 

Investigation of Junction Thermal Characteristics of Light-Emitting Transistors

Professor Chao-Hsin Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 吴肇欣教授

We demonstrate the DC temperature-variation measurement including thermal-electric feedback coefficient to extract the junction temperature and thermal resistance of the light-emitting transistor (LET). The schematic of the device top view and cross section are shown (Fig. 1). The quantum-wells (QWs) embedded in the base region of the heterojunciton bipolar transistor (HBT) can enhance radiative recombination and carry out the energy by photons instead of phonons. Therefore, self-heating effect can be mitigated.

The thermal-electric feedback coefficient of the LET in this work is -2.07 mV/K under collector current of 2 mA (Fig. 2) and is larger than that (-1.66 mV/K) of the reference HBT. The thermal resistance of the LET is 993.3 oC/W at power consumption of 44.19 mW, while that of the reference HBT is 1027 oC/W at power consumption of 21 mW (Fig. 3). The large magnitude of the thermal-electric feedback coefficient of the LET can be explained by carrier dynamics mechanism in QWs such as temperature-dependent thermionic emission. By tuning the QW design of the LET, a more temperature-sensitive device can be achieved for future sensor application.

This work has been accepted by IEEE Trans. Electron Devices.
 

Fig. 1. (a) Schematic device top view layout and (b) cross section of the LET. The emitter area is 18 μm × 18 μm.

Fig. 2. Ta corresponding to several constant VBE values of P. All curves are at IC = 2 mA. The dashed lines are linear fitting to the symbols, extended to cross the P = 0 axis.

Fig. 3. Rth under different power dissipation P. The red circle points are the Rth of the LET and the blue rectangular points are the Rth of the HBT.

 

     
 
 
论文题目:发光与非发光周期性结构之电磁场数值分析

姓名:叶文岚   指导教授:邱奕鹏教授

 

摘要

本论文利用两种严谨电磁数值方法模拟含有绕射光栅的非发光性与自发光性的组件,并对其进行光学特性分析。

微米尺寸或次微米金属光栅近来开始受到注目,但其剧烈变化的折射率差异造成数值模拟的困难。本论文发展一项多区域频谱法仿真具有高导电性的金属光栅,能够准确有效率的分析其光学特性,结果参照图一。藉由柴比雪夫多项式类频谱法(Chebyshev pseudospectral method),我们将仿真区域分割为数个子区域,藉由各区域相邻接口须满足电磁连续的边界条件,重新整合为一系统,能稳定并有效率的模拟高导电性的金属光栅,而且分析精准度极高。因为柴比雪夫多项式类频谱法的特性,具有极佳的计算效率,也避免掉常见的朗格插值震荡(Runge phenomenon)跟吉布斯现象(Gibbs phenomenon)的干扰,达到稳定跟高精准的收敛效果。

另外,本论文利用严格耦合波分析法(Rigorous coupled-wave analysis)研究了利用绕射光栅增益自发光组件的光学出光效率。我们先利用古典电磁学表示电偶极的发光特性,并结合严格耦合波分析法计算含有光栅的光学微共振腔发光组件的出光效率。薄膜发光二极管跟有机发光二极管均在讨论范围内。由仿真结果找出最佳化发光结构,参照图二。

最后本论文建构一套系统,结合严谨电磁模型跟几何光学,能分析包含厘米尺寸的微透镜发光组件。

图一、折射率为 n=10i 的高导电性金属光栅的负一阶反射率

图二、含有一维光栅的OLED出光增益对光栅参数的变化

 

论文题目:奈米光栅结构应用于3D立体显示

姓名:林明毅   指导教授:李嗣涔教授、林晃岩教授


摘要

本论文探究如何利用奈米光栅(nano-grating)结构制作出不同类型的极化出光组件,使其应用于极化3D立体显示系统。金属奈米光栅结构有很高的热稳定性,适合用于现代的显示系统。奈米结构分别使用了激光干涉曝光显影、电子束曝光显影与奈米压印的方式来制作。根据不同的制程方式,我们对应设计出适合的偏光片与四分之一波片。此外,奈米光栅结构也可以当作透明电极使用(如图一),并且应用在太阳能电池或是极化出光组件上。在偏光片的应用方面,我们制作出有极化出光的白光OLED,而且极化率可以到达93%。在相位延迟片的应用方面,我们制作并且设计出宽带四分之一波片,此项技术可以简化3D立体显示系统的制程。在奈米光栅电极方面,我们应用在太阳能电池,以增加太阳能电池主动层的吸收。我们也进一步模拟了极化3D立体显示系统的影像,以便了解影像质量与交互干扰的关系。此外,相对应的光学系统也架设以仿真实际3D立体显示系统 (如图二)。研究显示奈米光栅结构在3D显示系统应用上将有很大的潜力。

图一、奈米光栅透明电极的SEM与AFM图 图二、奈米光栅搭配上3D眼镜的影像
 

 
 
 

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

— 整理:林晃岩教授、廖玮珅 —

激光细丝漩涡

来自美国的研究报告(Opt. Express 22, 26098–26102; 2014)中指出:激光细丝(filaments)─在大气中形成的激光激发电浆(plasma)之薄线─在其尾端可以导致空气漩涡(图1)。当飞秒激光脉冲(femtosecond laser pulses)的峰值功率足够解离空气且产生电浆就会形成这样的细丝。当电浆的离焦效应(defocusing effects)被基于非线性光学克尔效应(Kerr effect)的自聚焦(self-focusing)所补偿,其结果是一道激光会形成天然的“自我通道” (self-channelling)与产生空间局限的激光细丝。

 

图1、在4 毫米玻璃管中以激光细丝引发的漩涡对组。图中央紫色部分为激光细丝,所产生的漩涡对数及位置和激光细丝相对于玻璃管的中央轴的位置有关。

Anton Ryabtsev和其在密西根州立大学(Michigan State University)的同事已经观察到这些激光细丝可以在干燥的空气中创造漩涡。研究团队藉由聚焦激光脉冲宽度40飞秒(能量为0.7毫焦耳和重复率(repetition rate)1000赫兹),从一个波长800奈米的再生放大器(regenerative amplifier)入射到一个中空玻璃管(glass tube,直径为4或14毫米)而产生激光细丝。利用波长532奈米激光二极管形成一个绿光片面被用来作为一个玻璃管横截面的成像。为了显现空气在管中流动的样子,少量的丁醇(butanol)被当作散射粒子撒在玻璃管附近的空气中。然后再用数字相机拍摄绿色激光散射的情形(如图2)。

图2、实验设置示意图。利用波长532奈米激光二极管形成一个绿光片面被用来作为一个玻璃管横截面的成像;由再生放大器发出800奈米激光,经过玻璃管而产生激光细丝与涡漩;再用数字相机拍摄绿色激光片面散射的情形。

实验结果显示,随着激光细丝的产生,成对的漩涡会在其尾端形成。精确的漩涡数及位置和细丝相对于玻璃管的中央轴的位置有关。当激光受阻或是没有细丝形成,则无法观察到任何空气运动的现象。

研究人员认为漩涡的形成是因为激光细丝激发空气然后产生热对流。事实上,在细丝的位置上放置电阻丝的实验显示,当电阻丝温度达到摄氏150度时,会出现非常类似的气流图案和转动速度(rotation speeds)。已知的是激光激发电浆的核心温度可以达到3000K至5000K。

研究结果显示,激光细丝在空气中可以提供一个方法影响流体流动的动力学(fluid flow dynamics),而且当进行使用到激光细丝的实验时,尤其是使用分子标记速度量测技术(molecular tagging velocimetry),这个影响是需要被考虑在内。

 
参考资料:

1. Oliver Graydon, Ultrashort photonics: Filament vortices, Nature Photonics 8, 886 (2014). DOI:10.1038/nphoton.2014.287

http://www.nature.com/nphoton/journal/v8/n12/full/nphoton.2014.287.html

2. Anton Ryabtsev, Shahram Pouya, Manoochehr Koochesfahani, and Marcos Dantus, Vortices in the wake of a femtosecond laser filament, Optics Express, Vol. 22, Issue 21, pp. 26098-26102 (2014). DOI:10.1364/OE.22.026098

http://www.opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-22-21-26098

   
 
 
 
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