第七十二期 2012年1,2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:2012.01.16
 
 
 2011 國際光電研討會(International Photonics Conference)於100年12月8日至10日於成功大學舉行,本所參與學生獲獎成果豐碩,特此恭賀!

得獎人姓名 獎項 指導教授
呂任棠 IPC 2011 Student Oral Paper Award(碩士生) 孫啟光
蔡沅甫 IPC 2011 Student Oral Paper Award(碩士生) 孫啟光
楊思齊 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 孫啟光
紀裕傑 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 林恭如

王博昇

IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 吳志毅
曾維宣 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 吳志毅
魏祥鈞 IPC 2011 Student Oral Paper Award(博士生) 蘇國棟
廖家鴻 IPC 2011 Student Poster Paper Award(碩士生) 楊志忠、江衍偉
許紘彰 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林清富
吳仲倫 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林恭如
程志賢 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 林恭如
林銘祥 IPC 2011 Student Poster Paper Award(博士生) 吳忠幟

 本所黃升龍教授指導博士生張俊霖同學榮獲財團法人國防工業發展基金會100年度「國防工業獎學金」,特此恭賀!

 本所何志浩教授榮膺「全球青年學會」(Global Young Academy, GYA)會員 ,特此恭賀 !


 

 
 
12月份「光電論壇」演講花絮(花絮整理:姚力琪)
時間: 100年12月16日(星期五)下午3點30分
講者: 胡元輝教授(中正大學傳播學系)
講題: 科技=美麗新世界?—來自傳播領域的反思
  胡元輝教授於12月16日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,演講題目為「科技=美麗新世界?—來自傳播領域的反思」。胡教授本次演講內容精彩,演講時面面俱到,與本所師生互動佳,本所教師及學生皆熱烈參與演講活動,獲益良多。
 


時間: 100年12月23日(星期五)下午3點30分
講者: Dr. Taya Chu (Institute for Microstructural Sciences National Research Council Canada)
講題: Development of High Performance Organic Photovoltaics
  朱達雅博士於12月23日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,演講題目為「Development of High Performance Organic Photovoltaics」。朱博士演講內容精彩,本所學生參與熱烈並踴躍提問,獲益良多。
 

 

時間: 100年12月30日(星期五)下午3點30分
講者: Prof. Devki N. Talwar (Indiana U of Pennsylvania (IUP), Chair of Department of Physics)
講題: Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials
  Prof. Devki N. Talwar於12月30日(星期五)蒞臨本所訪問,並於博理館101演講廳發表演說,演講題目為「Phonons, defects and electronic properties of modern compound semiconductors: SiC, III-V, Dilute Nitrides and related materials」。Prof. Devki N. Talwar演講內容精彩,本所學生參與熱烈並踴躍提問,獲益良多。
 

 

 

 
 

 

~ 與南京大學(Nanjing University)博士生交流活動 2011  系列報導 ~

(時間:100年10月8日至10月14日;地點:南京大學

【之六】

撰文:光電所博士班學生魏祥鈞

今年很榮幸有機會參加第四屆與南京大學博士生交流活動,這次的論壇,南京大學擴大舉辦,成為了「2011年全國博士生凝聚態與光電物理前沿論壇暨第四屆海峽兩岸博士生論壇」,所以這次與會的學校除了南京大學,還加入了有蘇州大學、中山大學、南開大學、上海交通大學、南京理工大學、淮陽工學院以及北京清華大學。藉這個機會,增加了許多學生之間研究及生活的交流。

首先感謝南京大學的老師與同學熱情的款待,使得這次的交流活動,不僅在相關的學術領域上獲得豐富的收穫,更是一次難得的歷史與文化之旅。這次為期七天的活動,在林清富所長、吳志毅副所長、馮哲川教授以及何志浩教授的帶領之下,留下了很多快樂的回憶。第一天下午四點半的飛機延誤到快六點才登機,到南京祿口國際機場已經快八點了,讓前來接我們的孫亮老師、趙剛老師以及熊翔老師等候許久。上車後由孫亮老師提示了接下來幾天的行程之後,由趙剛老師為我們沿路介紹了南京的地理環境還有歷史背景。

在接連兩天的研討會中,從邀請報告到同學之間學術交流的研究報告,都讓我們有很深的觸發與感想。對岸學生對學術理論的嚴謹,以及報告時的邏輯流暢度,均給了我們很好的學習對象。

和大陸學生平常的對話交流中,關於兩岸敏感的話題不多,比較多的是學制、工作、休閒、交通、飲食等等,以下分別來討論這些話題。

大陸那邊的學制是碩士班三年、博士班三年,而我們這邊是碩士班二年,博士班則看個人造化至少四年。大陸的博士班可以繼續留在學校當講師(相當於助理教授),比較特別的是,大陸的教授不像台灣教授有很大的自主空間,而是由一個教授領頭,帶領著旗下的教授團一起合作研究。

以工作來說,碩士班畢業後去業界工作,起薪大約有六千到八千人民幣左右;而博士畢業找業界的工作,在大陸的一線大城市起薪約有一萬到一萬二人民幣,但是在小城市中,企業一般請不起博士生,起薪可能從碩班起跳。博士班若是留在學校當講師,薪水還不到四千人民幣。

在休閒方面,大陸的學生和我們差異不多,一樣是愛聽愛唱歌、愛看偶像劇、喜歡上網分享心情和接收新資訊。最讓我開心的一點是對岸愛看台灣偶像劇的程度遠遠大於我們。因為北京話的普及,大陸的學生們說話多了點捲舌音,但是唱起台灣的流行歌曲時,一點兒都聽不出和我們的差別。大陸由於國家政策的關係,封鎖了許多網站或是應用軟體,相較於我們常用的msn以及facebook,大陸的學生使用的是QQ還有人人網;若是想多了解大陸學生的想法,推薦大家可以使用這兩個網路應用。另外大陸有許多自有的運動品牌,比如說李寧或是安踏體育,我們發現大陸學生比較少購買歐美的知名品牌,這點台灣的學生應該要多學學愛用MIT國貨。

南京的交通運輸便暢,馬路上來來往往的公交車還有計程車非常發達,公交車的內部設計和台灣的冷氣公車一模一樣。計程車起跳價9塊人民幣,初始載客距離便宜又大碗,不過,有機會去的朋友要記得,晚上計程車會多加2塊人民幣做燃油稅。學生在校內和我們一樣使用腳踏車,另外還可以看到不少的電動車,時速不快且非常安靜,但因為少了引擎的吵雜聲,騎士們總愛按連續且長音的喇叭,深怕沒人聽得見。聽南大同學解釋說,因為大陸人不怕車子,所以為了自保只好大家都這麼做。

我們在南京大學下榻的飯店是位於校內的「南苑」,這是南大接待外賓專用的會館,內部設施相當不錯,網路電視衛浴應有盡有,要感謝南大特別為我們提供電源插座的轉接頭。雖然半透明頗有氣氛的淋浴間有點令人害羞,不過都是男生沒有什麼好怕的。比較特別的是聽說南苑旁的女子宿舍是全亞洲最大的女生宿舍,男學生們每學期最期待的是開學,因為這個時候有著幫忙搬宿舍的藉口可以進去觀光一下。南大的女同學說因為宿舍沒有裝置窗簾,所以大家索性貼貼壁紙或是在窗邊掛滿「萬國旗」。而宿舍沒有浴室可以提供熱水,到了傍晚或是晚上,學生們拎著臉盆還有沐浴用品就到學生澡堂報到。雖然很想找一天進去體驗一下,不過一整天活動結束後澡堂都關閉了,只好作罷。

飲食方面,感謝南大提供我們餐餐非常豐盛的佳餚,南大的學生也在每餐豐盛的食物中為我們介紹了當地的特色菜。鴨血冬粉煲、冰糖糯米蓮藕、板鴨等等,最有名的莫過於陽澄湖大閘蟹,正所謂「秋風起,聞蟹來」,此時的陽澄湖大閘蟹最是黃多肉肥。有趣的是南大學生告訴我們大閘蟹還有分類,第一是本地土生土長的大閘蟹,再來是從外地帶來泡一下湖水的「過水蟹」,最後是放在湖邊聽聽潮水聲的「聽濤蟹」,都稱之為陽澄湖大閘蟹,挺風趣的,是吧?另外我們也看到王帥王振林副院長的喝酒功力之了得,林清富所長也可稱之為酒國英雄。

由於這次參訪的時間正好是台灣的百年國慶,同時也是國父 孫中山先生的辛亥革命一百周年,此時到中山陵朝聖的意義甚是非凡。在階梯上的其中一個平台有著兩個大鼎,側面留有好幾個當年二次大戰日軍侵華所留下來的彈孔,有句話這麼說的:「弱小被人欺,落後就挨打」,南大同學告訴我們這是毛語錄裡面說的,值得大家深省。提到語錄,其實大陸的學生和我們一樣,也要讀教條式的思想課程,不過也和我們一樣,慢慢地這些內容比較不這麼嚴格地限制人們的思想,而是開放式地提供大家省思。

經過七天的認識與交流,依照慣例我們互相選出各一名最佳人緣獎,今年台大得獎同學是我們的隊長陳兩儀同學,而南大得獎同學是這幾天陪伴在我們身邊的李明雪同學,兩位得獎者實至名歸。

綜合來說,非常感謝光電所給我們這次參與南京大學交流的機會,認識了很多大陸的好朋友,同時也在台大的同學之間有更進一步的認識,在學術上面精進了不少,也感謝熱情招待我們的南京大學師生,這是相當充實而且收穫豐富的一趟旅程。

圖一、南京大學南苑會館

圖二、前往夫子廟時於地鐵站內合影



圖三、陳奕均同學(上圖左、下圖左)與論文獎得獎大陸同學王綬嶼(上圖右)、桂麗麗(下圖中)、劉婷(下圖右)合影



圖四、(上圖)中山陵前合影;(下圖)日軍在中山陵遺留之彈孔

圖五、實驗室參訪完之合影



圖六、最佳人緣獎:(上下圖右)南京大學得獎同學李明雪;(上下圖左)臺灣大學得獎同學陳兩儀

 

【之七】

撰文:光電所博士班學生陳建宇

南京大學的前身之一是國立中央大學,校區主要分成鼓樓校區(研究生區)、浦口校區(大學部區)、以及仙林校區三個校區;而這次參訪主要的活動區域都在鼓樓校區當中。鼓樓校區坐落在南京的市中心,前身是金陵大學的校地,屬於老南京的一部份。

鼓樓校區距離國父孫中山先生的陵寢中山陵十分靠近,附近主要道路上的行道樹在民國初年時都以插枝的方式種植,而且每棵樹都只會各插三隻表示三民主義;成長迄今,不只是行道樹林蔭濃密,還可以發現大部份主要支幹都是向三個方向伸展,形成一種很特別的景觀。

整個鼓樓校區被北京西路、天津路、以及廣州路三條以大陸主要都市命名的主要道路環繞,附近就是南京有名的「金邊」新興商業區;在金邊商業區,可以逛街或是買到所需要的3C用品,有Studio A和數碼廣場等,也有金邊百貨廣場(像是此區的新光三越)以及走遠一點的新世紀百貨(如同此區的遠百);另外屈臣氏、爭鮮迴轉壽司和85℃咖啡、麥當勞等等台灣常見的商店在這裡也有據點。

進入到鼓樓校區當中,可再以漢口路區分為教學區以及生活區兩個區域。

教學區是各系所、圖書館、教室以及操場、球場、體育館等等學術教學單位的所在地,南京大學的主要研究區域都在這個區域;整個教學區沉浸在新舊並陳的建築物當中,可以感受到和台灣的學校迥然不同的環境氣息,某些地方留有老建築的遺跡,但也有嶄新的現代建築。同時也設有「老年大學」提供社區老人活動空間,在整個參訪過程當中經常會看到在學生活動中心外面有不少長者在活動筋骨、談天說地;無論是人、或是建築物,整個校園當中,充滿著新與舊、老與少等之間的強烈對比。

設有老人大學牌子的空屋 有人牽腳踏車進去的圖書館
   
體育館前空地是長者聚集活動的地方 南京大學校園一瞥

這次參訪的主要活動場地在鼓樓校區北方的費彝民樓B203室,費彝民樓是座剛落成不到一年的嶄新大樓,是南京大學為了要將教學推廣到國際化而規劃興建的一棟現代建築。B203室是一間可以容納大約百人的中型會議室,整個議程的所有報告及活動都在這間會議室當中進行。

活動期間夜宿則是在校園內的南苑賓館。南苑賓館位於生活區當中,是建築在兩棟50年代大屋頂建築基礎上改造而成的;並在進行了簡單的內部裝修後,作為南京大學對外服務的窗口及接待中心。

來到了生活區則是包含了學生餐廳(南芳園)、接待中心(南苑賓館)、南大浴室、美容院和學生宿舍(含南大學生特別強調的全亞洲最大的女生宿舍)等等建築。生活區當中就像一般大學的宿舍區一樣,雖然比較沒有建築的對比,但卻是比較輕鬆自在的區域。

依循著兩個區域分界的漢口路愈走深,我們可以發現這裡就像是大學旁邊的便當街一般;這裡有85℃蛋糕店還有85℃咖啡館,另外也還有CoCo都可飲料店,當然同時也有著賣雞排的巴弟雞排(相信到哪裡都是奶茶配雞排,密不可分);同時也有價位較高的精緻咖啡館像是「新雜志咖啡館」等。在負責接待我們一行人的南京大學熊翔老師和孫亮老師帶領下,我們抵達了在不起眼的美容院樓上的一家十分有特色的咖啡館—「雕刻時光」,服務我們的服務生據說還是南京大學的學生!裡面的設計典雅復古,雖然暗到我們看不清楚menu跟同桌同學的臉龐,但卻仍然十足是個約會或是討論的好去處;抵達的時候旁邊也正有一桌的學生正在十分熱絡地討論!除了這家咖啡館,周邊的生活機能也十分方便,除了不少餐廳以外,也有洗衣店、美容院還有住宿出租等等的店家,足以滿足生活中的需求,在鼓樓校區相信是個可以自給自足的一個生活環境!

 

 
 
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

臺灣大學光電所 邱奕鵬教授

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.

     
 
 
論文題目:於平面基板與滾筒表面以步進對準式干涉微影技術接合次微米週期性圖案

姓名:陳永彬   指導教授:王倫教授

 

摘要

本論文研發一套步進對準式干涉微影系統(Step-and-align interference lithography, SAIL),藉由雙光束干涉微影於基板上曝光出小區域的干涉條紋圖形,再透過高精準度的控制系統定位平台步進移動或轉動基板,於四吋矽晶圓與直徑五公分的金屬滾筒上,將小面積的次微米週期性圖案週期約700奈米與800奈米接合成大面積結構,晶圓接合約90塊單位曝光面積耗時約半小時,而滾筒接合約120塊單位曝光面積耗時約一小時,相對於其他次微米週期性結構製造技術,例如電子束微影,所耗費的時間大幅縮減。利用光學顯微鏡與電子顯微鏡的高放大倍率觀察下,次微米週期性條紋的連接與長距離的連續性沿伸均獲得證實。在不接合圖案的條件下,僅利用光學干涉微影模組,可製作週期小於300奈米之一維與二維週期性結構。

圖一:於四吋晶圓上之小面積干涉曝光區域(a)縱向與(b)橫向接合,彩色影像為週期700 nm之一階繞射光。於接合區顯示為亮紋表示干涉條紋於顯影後依然成功成型,暗紋則表示結構消失;成功接合之區域占絕大多數。

 

圖二:利用(a)光學顯微鏡與(b - d)電子顯微鏡觀察干涉條紋接合邊緣區,
隨著逐步放大倍率,可清楚觀察到干涉條紋於接合邊緣區銜接確認。

 

 

論文題目:鍺基光電元件及太陽能電池之研究

姓名:程子桓   指導教授:劉致為教授


摘要

利用相容於積體電路的鍺材料,做出發光波長在1.6微米及1.8微米的鍺基發光源(圖一),並研究其直接與間接能隙的躍遷機制及其增強的方法。藉由N型高摻雜、高溫、高電流密度、高雷射激發功率及外加應力以增強直接能隙的發光性複合。主要增強鍺直接能隙的躍遷機制在於增加直接帶隙(Γ valley)的載子濃度,並降低缺陷及雜質的濃度,以增加直接能隙的發光強度。

藉由光激發光、電激發光、能量轉換效率及外部量子效率等多種光學量測方式作為太陽能電池的特性檢測及缺陷分析,可應用在矽基太陽能電池(圖二)、薄膜太陽能電池及多接面太陽能電池上。

圖一:鍺材料之光激發光光譜與復合機制 圖二:矽基太陽能電池之電激發光光譜
 

 
 
 

— 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、陳聖灝 —

兆赫光學:單晶矽之塑型

於矽在遠紅外波段以及兆赫(terahertz)波段中具備之高穿透率以及在地球表殼豐富之存量,對於兆赫光學(terahertz optics)是相當具有吸引力之材料,然而由於矽本身在應力下容易碎裂之緣故(如圖1(a)),在塑型階段必須耗費一番功夫,因此無法以符合成本效益之方法製作出所需之透鏡。

日前,由分別來自於京都大學(Kyoto University)的Kohei Morishita與Kazuo Nakajima和村田製作(Murata Manufacturing)的Takashi Fujii以及OMRON公司的Masakazu Shiinoki等科學家開發出一套將單晶矽(single-crystal silicon)塑型之方法,主要利用熱以及壓力(hot pressing)將單晶矽”壓”成所需之透鏡形狀,可製作出非球面(aspherical)透鏡以及透鏡陣列,以便大量以及低成本生產(Appl. Phys. Express 4, 106501; 2011)。

Morishita與其研究同仁證實了單晶矽在1,405 °C之操作條件下可以被成功地壓印成型—恰在矽之熔點1,414°C以下。首先他們將直徑3 mm、高度為2 mm之矽柱放在一平面載台以及一半徑為7.5 mm之凹面模具間,接著放進充滿氬氣之腔內,隨即利用800牛頓(0.8 kN)之壓應力在兩小時內逐漸地將矽棒(silicon cylinders)壓成與凹面模具相同之形狀,最後成功製作出一平凸透鏡(plano-convex lenses) (如圖1(b)及1(c))。

圖1 (a) 600°C下壓碎之矽晶片 (b) 熱壓前後之單晶矽示意圖 (c) 不同壓應力下形成之矽平凹透鏡。

研究人員利用電子散射以及繞射圖形分析此一重新塑形之過程,發現到此過程並不仰賴熔化(melting)以及固化(solidification)之方式而是經由塑化成型(plastic deformation)以及錯位缺陷之移動(movement of dislocations)來達到重新塑形。為避免錯位缺陷之影響,因此研究人員將樣品作蝕刻以檢視錯位缺陷,的確發現了高密度的錯位缺陷存在,此一缺陷將會降低透鏡之光學特性。

在光學性質上,未經過重新塑形過程之單晶矽穿透率在2–14 μm的操作範圍內約為55%,而經過重新塑形後之單晶矽僅剩10–20%。但在經過退火(annealing)處理(1,405°C)後,由於晶格重新再次成型降低了錯位缺陷密度,穿透率被有效地改善至40%。

最終將拋光後之矽透鏡放入感測模組中,測量結果顯示其功能近似於傳統利用研磨方法所製作之矽透鏡(如圖2),研究人員有信心地表示經由適當地調整後續熱處裡的過程將可以有效改善整體透鏡之表現,並且期望此一方法能夠對兆赫波技術能夠有貢獻。

圖2 (a) 單晶矽(single-crystal Si)、多晶矽(polycrystalline Si)與重新塑形之矽透鏡(recrystallized Si lenses)所測量之穿透率 (b) 拋光後之矽透鏡 (c) 感測模組示意圖 (d) 傳統製程所製出之矽透鏡與本研究所製出之透鏡感測能力比較。

 

文章來源: Nature Photonics 5, 716 (2011) Published online 30 November 2011
網址: http://www.nature.com/nphoton/journal/v5/n12/full/nphoton.2011.294.html?WT.ec_id=NPHOTON-201112
相關引文: 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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