第五十三期 2010年5月刊
 
 
 
发行人:黄升龙所长  编辑委员:蔡睿哲教授  主编:林筱文  发行日期:2010.05.07
 
 
本所5月份演讲公告:

日期

讲者简介 讲题 地点 时间

光电论坛

5/7 (Fri)

杜继舜教授

辅仁大学应用科学与工程研究所

Multiferroics and Solid Oxide Fuel Cell

博理馆

101演讲厅

14:30~15:30

5/21 (Fri)

洪瑞华教授

成功大学光电系

待订

博理馆

101演讲厅

14:30~16:30
 
 
4月份「光电论坛」演讲花絮
时间: 2010年4月16日(星期五)下午2点30分
讲者: 郑木海教授(中山大学光电工程研究所)
讲题: 艺术品化光纤透镜之研发
 

郑木海教授于4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,讲题为「艺术品化光纤透镜之研发」,本所教师及学生皆热烈参与演讲活动,获益良多。

 

 
 

~ 欧盟 EMMP (Erasmus Mundus MSc in Photonics) 三国五校参访纪要  系列报导 ~

(时间:2010年3月1日至3月5日; 参访地点:比利时、瑞典、英国)

【之三】

撰文:光电所曾雪峰教授

此行去欧洲访问五间学校,主要是为了建立与缔结参加欧洲EMMP共同硕士学位。这次前往欧洲的行程很赶,扣除前后长程飞机的时间,在约一个星期的时间内,前后访问了五间欧洲知名的大学。目前台大光电所的同仁,多是去美国留学回来台湾的,很少有在欧洲留学回国的。因此,大多数同仁,对美国比较熟悉。包括我自己,对欧洲的认识了解相当有限。然而除了美加地区之外,欧洲也是一个光学研究发展的重要力量。不但学术历史悠久,堪称世界近代政经学术、自然科学、医学等的发源地之一,而且在欧洲结盟为欧洲共同体之后,更是成为一股不可忽视的力量。从目前欧元的强势,就可以了解其在世界上举足轻重的地位。

因此,我们秉持着虚心观摩学习的态度,首先抵达比利时的 Ghent University,拜访 Prof. Roel Baets。接着访问比利时荷语布鲁塞尔自由大学、瑞典皇家理工学院,之后再到英国访问 University of St. Andrews 以及 Heriot-Watt University。布鲁塞尔拥有数所大学,最主要的两所大学分别为以法语教学为主的法语布鲁塞尔自由大学(Université Libre de Bruxelles),及以荷兰语教学为主的荷兰语布鲁塞尔自由大学(Vrije Universiteit Brussel)。两所大学均起源于1834年创立的布鲁塞尔自由大学,在1970年,随着法语小区和佛拉芒小区各自拥有设立高等教育机构的法定权利,两所大学于是分为二所独立的大学。承传着创校时的优良传统,VUB保持了自由的风气,不受宗教及政治的干扰。着重于使学生能够有独立的思想与学术性批判的能力,充满创造力地吸收与消化所学。

VUB荷兰语布鲁塞尔自由大学的校园外观幽静,充满绿意。然而进到物理系馆中,古色古香,让我有回到台大多年前的古老校舍的感觉。在VUB我们参观了两个校区,首先是在VUB的医学院加速器实验室,接待我们的是Prof. Hugo Thienpont。Prof. Thienpont 是 Director of Research,并且是许多学术期刊的编辑,如:Applied Optics、Optics Letters、Optics Communications、IEEE J. Lightwave Techn.、IEEE Phot. Techn. Lett.等等。Prof. Thienpont 是一个很亲切又精彩的人,很有说服力。他巨细靡遗地阐述他的研究理念,以及过去二十年来的发展与心路历程。我问了他许多的问题,而他的回答,给了我许多的启发。Prof. Thienpont 给学生的座右铭是:“Beat others by orders of magnitude, lower cost, and be compatible with mass fabrication.”,而Prof. Thienpont 很重视研发出来的技术,能够顺利地转移并应用到工商量产。 Prof. Thienpont 的研究领域很广,举凡光学方面的多有涉猎。他的理念是希望从最上游设计研发到下游的制作,他们实验室可以全包。

接着我们到 VUB 的校本部访问,接待我们的是Prof. Heidi Ottevaere。人很年轻,约莫三十五岁,却已经参与推展许多研究计划,如Fund for Scientific Research Vlaanderen (FWO) and the Belgian Federal Science Policy Office。在这两个校区,我们参观了许多实验室,也接触到当地的学生,但比较多的是 Postdoc 等研究员。

我本身的研究是「虚拟光学」—光学计算仿真。这次访问在光学仿真方面并没有听闻什么大的比重,所听所闻主要多是在光学实验方面。这是一个好消息,显示有许多合作的可能性。特别是生医光学研究方面,未来还有许多合作的空间,有待我们去开发。

此行最大的收获,除了签订EMMP的学生交流计划之外,我自己最大的收获是在了解欧盟国家在光学发展方面的近况,以及着重的方向。其实,欧盟国家之间的差异性也很大,这次的接触,增进彼此的了解不少。

这次的行程很赶,没有太多的机会深谈,但从去访问以前的陌生,到访问后对欧洲研究概况,有相当广泛的认知。另外很大的收获是在与当地研究员一起吃饭闲聊的过程中,我比较了解了当地的制度,和台湾的异同等等。相信这次的访问,对于日后和欧盟国家的合作研究,以及双方学生的交流,有非常大的帮助。

Fig. 1. Prof. Hugo Thienpont of VUB

Fig. 2. Visit optics laboratories of VUB

Fig. 3. Visit 3D Holographic Video Laboratory of VUB

 

【之四】

 撰文:光电所林晃岩教授

从布鲁塞尔飞往瑞典是本次行程的第二段航程,到达斯德哥尔摩阿兰达机场已是夜间21:30,托老天保佑这次行李也都顺利到达。一出机场就看到白茫茫的景致,空中还飘着细雪,对于居住在亚热带的我们而言,是异常令人兴奋的事。机场的出租车服务人员为我们找来九人座的出租车,我们得以一趟车前往位于Kista的旅馆。其实今天奔波于比利时自由大学的两个校区,到晚间才又飞越海峡来此,大家已是人仰马翻,因此对瑞典的第一印象只是一片白雪而已。旅馆名叫StayAt,像是一栋大的集合套房,房间里有厨具、餐具等一应俱全,但就是找不到肥皂、洗发乳、沐浴乳等日用品,需要的人得到柜台索取,黄所长笑说:不需要的全都有,该有的都找不到。而且是除非有人登记退房,否则一周才打扫一次房间,不知道这是不是北欧人的环保生活?

三月三日早上8:30从饭店出门,走过一段积雪的路,在阳光照耀下仍有寒意,约10分钟左右,我们就到达瑞典皇家理工学院(Kungliga Tekniska Högskolan, Royal Institute of Technology)的Electrum Building。室内外温差真大,进门就感到暖意,我们直上三楼,很快就找到有剪纸窗花的教师研究室,迎接我们的是仇旻教授(Prof. Min Qiu),他带着我们前往会议室C3,在与几位教授交换完名片后,就开始早上的议程:

瑞典皇家理工学院的Electrum Building

仇旻教授(Prof. Min Qiu)开场介绍

09:00-09:30  首先由黄所长简介台湾大学与光电所,演讲后由黄所长致赠纪念公仔给Prof. Min Qiu。

黄升龙所长简介台大光电所

黄所长致赠纪念公仔给仇旻教授

09:30-09:50  由Prof. Gunnar Björk简报介绍The Linné Center in Advanced Optics and Photonics –ADOPT,这是一个光电的追求卓越中心,由Royal Institute of Technology (KTH)与Stockholm University两所大学与ACREO技术移转中心所组成,共分布在Kista与Albanova两个地区,目前至2016年的研究与教学预算是每年约550万欧元。

Prof. Gunnar Björk简介ADOPT

黄所长致赠纪念书法卷轴给Prof. Gunnar Björk

瑞典皇家理工学院的两个校区

The Linne Center in Advanced Opticsand Photonics (ADOPT)共分为四个研究群,其研究主题与主持的教授分别列表如下:

ADOPT的四个研究群的列表与关系图

Prof. Gunnar Björk也简报介绍他所领导的Quantum Optics Lab,其研究主题包括:

• Quantum information technology

• Quantum measurements

• Single photon generation and detection

• Quantum cryptography

• Fundamental tests of quantum theory

• Biophotonics – spinal fluid extraction through holy fiber

 

09:50-10:05  由Prof. Urban Westergren简介Photonics and Microwave Engineering Lab,其研究主题包括:

• Integrated and nano photonics technology and devices

(1) 采用非晶硅技术,研发Compact Arrayed Waveguide Grating Demultiplexers

Compact Arrayed Waveguide Grating Demultiplexer 照片

(2) 开发双向偏振分离光栅耦合器 (Bidirectional Grating Coupler-Based Polarization Beam Splitter)

双向偏振分离光栅耦合器之图示

• Devices and technology for broadband optical transmission and interconnect

研发Traveling-Wave Electro-Absorption Modulators (TWEAM, for ≥100Gb/s),以及与DFB激光的整合技术,这是属于欧盟的HECTO 计划,积体整合部分由合作企业Syntune负责。

Traveling-Wave Electro-Absorption Modulators之图示与照片

• Optical networks and systems,包括:

(1) Optical core networks

(2) Fiber access networks

(3) Green networking

 

10:05-10:20  由Prof. Saulius Marcinkevicius介绍 Optics Lab,其研究主题包括:

• Ultrafast and near-field spectroscopy of semiconductor materials, structures and devices

其量测设备包括Ultrafast photoluminescence spectroscopy set-ups based on a Ti:sapphire oscillator (130 fs, 76 MHz, 720 – 980 nm + 2nd and 3rd harmonics)、Pump-probe (absorption, reflectivity) based on Ti:sapphire + harmonics + OPO (250 – 1600 nm)、Scanning near-field optical microscope SNOM (spatial resolution ~100 nm)、Intensity and spectral measurements, EL, PL。

LED的Scanning near-field optical microscope (SNOM) 扫描结果

• Simulation of plasmonic structures, optical near fields, microlasers, quantum dot/polymer nanolasers

Plasmonic structures的模拟结果

 

10:20-10:35  由Prof. Srinivasan Anand介绍Semiconductor Materials Lab,其研究主题包括:

• High speed photonic devices and photonic integration (Prof. Sebastian Lourdudoss)

Photonic integration的研发成果

• Nanostructures and nanostructured materials (Prof. Srinivasan Anand)

(1) AFM-based tools for semiconductor material and device characterization:Scanning capacitance microscopy (SCM)、Scanning spreading resistance microscopy (SSRM)、Conductive AFM

Nanostructures的量测结果

(2) Photonic crystals in III-V materials、Nanopillars、Colloidal quantum dots

Nanostructured materials的研发成果

11:00-12:00  由林清富教授演讲 Nano-Structures and Solar Cells与林恭如教授演讲Si Nanocrystal SiOx Based Light Emitting Diodes and Amplifiers,来听讲的老师与研究生坐满小小的会议室,演讲完,大家也都热烈提问。

林清富教授与林恭如教授演讲,会议室高朋满座。

12:00-13:30  午餐是由KTH作东,在Electrum Building附近的Memory Hotel用餐,经过早上正式的报告,大家在餐厅中作轻松的交谈,是另外一种交流。

13:30-14:00  回到Electrum Building继续下午的活动,朝中庭往窗外看,树根与椅子在白雪覆盖下,像极了巧克力塔与蛋糕,如甜点般十分可口。接着由Prof. Srinivasan Anand带领我们参观实验室,这里有十分完整的无尘室,利用微奈米制程可以制作与量测在早上简报中看到的各种组件。我们绕着无尘室外的参观走道而行,Prof. Srinivasan Anand沿路指着墙报或隔着窗户,说明每间实验室的重点,虽然没有进入其间,仍然对于这个制程实验室的规模留下深刻的印象。另外这个实验室除了KTH之外,也供ACREO技术移转中心使用,因此使用率相当高。

树根与椅子在白雪覆盖下像极了巧克力塔与蛋糕

Prof. Srinivasan Anand带领我们参观实验室

无尘室的平面图,外环是参观走道,无尘室配置十分完整。

墙报说明每间实验室的重点,实验室除了KTH之外,也供ACREO技术移转中心使用

无尘室规模令人印象深刻

材料分析实验室

14:00-15:00  实验室参观完毕,大家回到会议室进行综合讨论,黄所长简单说明了一下在Ghent所讨论的EMMP相关事项,由于Prof. Roel  Baets事先将讨论的结果传送给伙伴学校,因此大家讨论就有个基础。基本上,KTH对于双指导的制度并没有特别的意见,这使得黄所长的说帖再下一城。另外KTH与浙江大学有交换学生的计划,是另外一种可以不限于EMMP的模式,而且KTH与台湾大学签有交换学生的合约,是既有可利用的管道。

讨论近尾声,大家互道珍重,期待未来进一步的学生交流与技术合作。晚上在旅馆整理行李,准备明天凌晨4:00前往机场转往英国。令人惊讶的是,当我们晚上在旅馆上网时,就看到我们的拜访已经上了KTH的新闻,这也让我们见识到北欧人的效率。

台大光电所的拜访当天就登上KTH的新闻

 

 
 

Flexible ZnO transparent thin film transistor using solution-based process

Professor Ching-Fuh Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林清富教授

Currently, transparent electronics based on a flexible substrate are one of the most crucial technologies for the next generation of optoelectronic devices, such as displays, home electronic appliances, and photovoltaics. Hence, transparent thin-film transistors (TFTs) on flexible substrates are key devices for realizing these transparent electronic products. Although organic TFT and its manufacturing process are suitable for flexible substrates, their low mobility and extreme sensitivities to oxygen and moisture overshadow their device performance attributes. TFTs that use ZnO have the advantages of high charge mobility, excellent environmental stability, and high transparency, in comparison to TFTs that are based on organic semiconductors.

In this study, we have fabricated a highly transparent ZnO-TFT by a hydrothermal method using a polymeric PMMA film as the gate insulating film. An O2-plasma treatment was applied to the PMMA dielectric to enhance compatibility between the ZnO active layer and the PMMA dielectric at the interface. In order to investigate the effects of grain boundaries on the flexible ZnO-TFTs, we studied ZnO-TFTs that had three kinds of ZnO channel morphologies, which grew for 50 min at ZnO solution concentrations of 110, 80, and 50 mM, respectively. The field effect mobility (μ) and threshold voltage (VT) values were calculated from the slope of a plot of the square root of the drain-source current (IDS) versus the gate voltage (VG) in the regime of the drain-source voltage (VDS)=20 V, using the equation IDS= (WCi/2L)μ(VG-VT)2. The saturation mobility was highest at 7.53 cm2/Vs for the 110 mM preparation and lowest at 0.097 cm2/Vs for the 50 mM preparation, with 0.69 cm2/Vs for the 80 mM preparation.

Fig. 1. (a) Schematic illustration of the ZnO-TFT device structure. (b) The chemical structure of the PMMA. (c) Photograph of the ZnO-TFT.

Fig. 2. Transistor output curves for ZnO-TFTs, fabricated with the ZnO solution concentration at (a) 110 mM, (c) 80 mM, and (e) 50 mM. Corresponding transistor transfer characteristics are (b) 110 mM, (d) 80 mM, and (f) 50 mM. The inset shows the corresponding FESEM images. The scale bar is 500 nm.

 

 
 

论文题目:具金属结构的氮化铟镓/氮化镓量子井发光组件及激光成形金属奈米颗粒之表面电浆子特性分析

姓名:陈正言   指导教授:杨志忠教授

 


摘要

本研究中,我们首先研究与金属结构有关的表面电浆子(surface plasmon, SP)和蓝光氮化铟镓量子井(quantum well,QW)之间的耦合作用。我们比较在半导体表面蒸镀银薄膜和银奈米颗粒时,SP和QW耦合作用的差异。实验发现,光激荧光强度的减弱程度和时域解析荧光频谱的衰变速率皆与金属的表面型态有关。再者,我们分析在SP和QW耦合过程中,量子史塔克效应的载子屏蔽效应对增强QW放光的影响。我们进行变激发功率光激荧光和时域解析荧光频谱实验,再利用衰变速率方程式模型拟合时域解析荧光频谱的数据。分析发现当激发变强,量子史塔克效应的载子屏蔽效应不仅增强发光,同时也因为放光频谱的蓝移而增强SP的耦合效率。因为如此,来自SP放光的比例会随着激发强度而增强。此外,我们也利用一个与邻近银金属光栅具有SP耦合作用的氮化铟镓双层QW结构,分析单一维度银金属光栅结构中SP的特性。我们建构了一套角度解析光激荧光光谱自动量测系统,以记录量测SP的特征。我们观察到来自SP经光栅绕射具后,具有特定偏光特性的荧光。此外我们也测定出SP的群速度。最后,我们展示一种利用脉冲 激光照射,在不同介电质基板上制作近似球型的金奈米颗粒的方法。金奈米颗粒的粒径、与基板的接触角和颗粒密度等参数可利用实验参数控制: 激光能量密度、基板种类、激光照射时覆盖金薄膜气体或液体。因为奈米颗粒排列具有固定的方向性,光学穿透量测显示此种奈米颗粒具有明显的平面和非平面的SP共振特征。利用有限元素法得到的数值仿真结果显示出与实验一致的局域性SP共振频谱变化特征。这种 激光成形的金奈米颗粒,具备固定方向性、奈米颗粒间不易聚集与牢固的基板附着等特点,可应用于具偏振灵敏度的局域性表面电浆子共振 (LSPR)生化检测技术上。

图一、银光栅QW组件的角度解析荧光频谱图(水平偏振),虚线所示为不同SP模态的发光

图二 、制作于蓝宝石基板上的金奈米颗粒的电子显微镜照片

 

论文题目:宽能隙有机半导体之载子传输与光物理特性研究与其组件应用

姓名:柯统辉   指导教授:吴忠帜教授

 

摘要

近年来红光与绿光之有机发光组件逐渐成熟,至于蓝光组件则尚待改善,在影响发光组件效率的各种材料特性中,载子传输特性与光物理特性对于组件效率有很大的影响。因此在本论文中,利用变换分子之取代基、主链长度、架接位置等方法来探讨各种有机半导体的光物理以及载子传输特性。最后藉由结合Au与Mg:Au合金之双层电极结构(图一)以及具有双极性载子传输特性之宽能隙有机半导体,实现了蓝光(图二)与可调色彩之有机发光场效晶体管。

图一 图二

 

 
 
 

— 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、陈冠宇 —

高解析且具深浅变化的奈米结构制程方法

美国IBM公司的科学家制作了全球最小的3D世界地图,如图一。世界地图的尺寸为22μm × 11μm(比例约为1 : 11 × 109),其3D构造中高度1 nm的地点相当于海拔125 m。将AFM(原子力显微镜,atomic force microscope)的硅探针,边加热至摄氏300度边放到热阻(Resist)上,像铣床(Milling Machine)那样局部性地分解和蒸发热阻,从而形成了3D构造,如图二。世界地图有50万个画素,每个画素20 nm见方,只需两分半钟可以刻成。硅探针长500 nm、厚5 nm,针尖只宽约数个nm,再把此探针附于悬臂梁(cantilever)上,在平面上扫瞄分辨率可达1 nm,如图三。

 

这个技术平面分辨率可达15 nm,且比电子束微影术(electron beam lithography,EBL)更快且成本只要1/5(EBL平面分辨率约10 nm),但真正突破之处在于可以做出有高度变化的图案,且可以边刻边确认所刻的图案,所以可达很高精确度;且这个利用简单扫瞄式探针技术的方法,不像EBL在两电子束位置接近时会产生干涉,因此容易进行大面积化量产,可望取代EBL成为新一代半导体蚀刻技术,而且有高度变化还特别适合制作奈米光学组件。

 

世界地图的制作采用了名为“Polyphthalaldehyde”的聚合物热阻(Polymer Resist)。此外,还采用分子玻璃(molecular glass)热阻,制作出了马特洪峰的3D微缩模型,将海拔4478 m的瑞士马特洪峰(Matterhorn)缩小至5 × 109分之一,如图四。IBM苏黎世研究团队是这个领域的开创者之一,Gerd Binnig和Heinrich Rohrer曾发明了扫描穿隧电子显微镜(scanning tunneling microscope)并获颁1986年的诺贝尔物理奖,Binnig与另外两人并在同年发明了第一台原子力显微镜。

 

以上世界地图和马特洪峰的微影成果已经分别刊登在了《Advanced Materials》和《Science》上。此次的技术说明刊登在了YouTube上。

 

图一、全球最小的3D世界地图。

图二、利用加热的原子力显微镜硅探针雕凿基板示意图。

图三、加工中使用的硅探针与悬臂梁。

图四、采用分子玻璃制作出了马特洪峰的微缩模型。

 

中文新闻来源:

http://big5.nikkeibp.com.cn/news/sino/51161-20100426.html

原始期刊:

1. “Probe-Based 3-D Nanolithography Using Self-Amplified Depolymerization Polymers”, Armin W. Knoll, David Pires, Olivier Coulembier, Philippe Dubois, James L. Hedrick, Jane Frommer, and Urs Duerig (23 April 2010), Advanced Materials, Early View

2. “Nanoscale Three-Dimensional Patterning of Molecular Resists by Scanning Probes”, David Pires, James L. Hedrick, Anuja De Silva, Jane Frommer, Bernd Gotsmann, Heiko Wolf, Michel Despont, Urs Duerig, and Armin W. Knoll (22 April 2010), Science Express Reports

英文新闻来源:

http://www.sciencedaily.com/releases/2010/04/100423220607.htm

YouTube新闻来源:

http://www.youtube.com/watch?v=mZ9J0EYUlhg

   
 
 
 
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