第七十八期 2012年8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:2012.08.20
 
 

 

~ 101學年度光電所所學會會長自我介紹 ~

光電所的各位師長、所辦同仁以及同學大家好,很高興能夠擔任101學年度的光電所所學會會長,能為各位服務是我的榮幸。我是陳奕均,名字恰與所上的陳奕君教授差一個字,不過陳奕君教授是取得普林斯頓大學學位的PHD,而我只是個普林含量太高的食物不能吃太多的PHD候選人,目前正向博二的路邁進,目前在林晃巖教授的顯示光學實驗室下進行研究,研究室位於電機二館的351A,歡迎各位同學不論是學業上有問題或者對光電所有任何的不熟悉都可以來找我聊聊。

「感覺上,台大的學生好像都不太管自己以外的事物,尤其是研究生,好像都只埋首於自己的研究中 。」,這是去年參與教育評鑑時,評鑑委員對我說的一句話,其實我是個沉默寡言、害羞木訥、不太會與人相處的人,就因為這席話促使我積極地參與所學會事務,積極地去與同學互動,因此所上舉辦的光電營隊活動、迎新餐會,或是球類競技大賽我都有湊上一腳,也參加了去年的光電所與南京大學的學術交流。增進所上同學彼此間的交流是我想要達成的目標,在研究之餘也別忘了與同學之間出去活動活動,希望大家在離開光電所後不僅僅只記得自己實驗室的同學,還能夠跟其他實驗室的同學、學長姐互相聯絡,建立良好的互動關係。

最後套句林清富所長的口號:"light is everywhere",奕均在這學年也會帶著誠意地在everywhere為各位服務。

 

~ 光電所101年暑期大學生光電營  花絮報導 ~

(時間:101年7月17日至7月19日;地點:臺灣大學博理館

花絮整理:所學會會長陳奕均

這次是我第二次參加光電所舉辦的大學生暑期光電營隊,第一次參加是負責帶領同學進行實驗室參訪,這次則是以新任光電所所學會會長的身份陪同同學們進行為期三天的營隊活動,由於前晚感到興奮異常睡不著,結果第一天的報到我就遲到了...。

第一天由副所長吳志毅教授的光電科技簡介開始,包含了有機與無機的LED照明、顯示器、太陽能電池以及光通訊等相關的說明,也對未來的產業動向做了簡單的分析,給同學們後續演講賣了一些關子。接續由陳奕君教授所帶來的太陽能電池演講展開一連串深入的探討,在中間的休息時間,陳奕君教授也帶著各位同學至博理館頂樓去看實際的太陽能電池模組,與同學做實際的介紹說明。在簡單的休息過後,由林晃巖教授帶來顯示器的相關介紹,包含近期熱門的立體三D顯示技術等等。在中午用餐後,為了連接下午的光電實驗室介紹,負責大學部光電實驗課程的林晃巖教授再次粉墨登場介紹,這時我已前往電機一館的光電實驗室為下午的實驗進行設置,並與其他兩位助教著手實驗介紹。

實驗室的參訪包含電機二館部分實驗室的參觀與無塵室簡介,另外就是電機一館的光電實驗實際操作說明,與同學們在實驗介紹的過程中聊了開來,發現來的同學包含了電機系、資工系、化工系、海洋工科以及直接相關的光電系等等不同領域的學科,大家都對光電產業有著不同的期待而來參加本次的光電營。

第二天的行程我們就直接前往新竹科學園區一探光電產業的究竟,首先要感謝晶元光電與友達光電的協助,讓本次公司參訪得以成行。首先我們先前往的是晶元光電的本部,負責這次活動的是美女姊姊王郁婷經理,除了生產線外,對公司內部的環境以及員工關係做了非常詳細的介紹,尤其是美女姊姊負責的員工關係室,更是讓人感受到晶元光電對員工的照顧真是無微不至,美女姊姊表示engagement便是此一關係最佳的寫照,而在參訪後的用餐過程中同學們與主管們的討論十分熱絡,相信大家都有不少的收穫。接著我們就前往友達光電,感謝李國慈小姐頂著懷胎不知幾月的肚子還陪同著我們,負責開場的是毛哥(據本人要求這樣稱呼比較親切),一開始他就給我們來了一課,讓同學開始腦力激盪要如何能夠再興未來的面板產業,之後便帶我們去參觀員工休息活動中心提供的各項運動設施,而後續在產品展示空間由AC技術處—先進製程部的李明賢副理為同學們做各個尺寸面板的介紹後,便驅車回公館結束今天的行程。

最後一天由黃建璋教授打頭陣介紹固態照明技術,在昨日參訪晶元光電後同學們對固態照明的介紹更能夠體會箇中奧妙。接續由黃鼎偉教授介紹光通訊技術以及孫家偉教授介紹生醫光電作為本次光電營演講的收尾。在簡單用餐後,光電所的大家長林清富所長前來與各位同學做面對面的交流,問答時間同學們更是踴躍地發問,最後所長更親力親為地將結訓證書一張張地發給各位同學並握手合照,相信本次參與營隊的同學們定能收穫良多。

最後感謝所辦姚力琪小姐以及偕同幫忙的陳聖灝、沈家宇、吳爾軒、張晏碩以及曾培瑜同學讓本次活動順利完成。

 

 
 
Combined Experimental and Theoretical Studies on II-VI Ternary CdSeTe and CdZnTe Alloys

Professor Zhe-Chuan Feng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 馮哲川教授

The optical, structural, and electrical properties of luminescent II-VI compound semiconductors with bandgap energies ranging from 0 to 4 eV are appealing for ultrasensitive multiplexing/multicolor applications in a variety of emerging areas of biotechnology, nanoscale optoelectronics, and nanophotonics. By varying the composition and controlling the lattice constants in ternary or quaternary alloys, we can achieve greater flexibility of tuning emission and absorption wavelengths for high-efficiency solid-state light emission sources. Earlier, the applications of II-VI materials for photonic devices were hampered primarily by the availability of poor-quality crystals and the difficulty of managing doping. Progress in the modern crystal growth techniques such as metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE) etc., has offered higher quality and greater versatility in the preparation of thin films with controlled doping on many convenient substrates.

CdSexTe1-x is the II-VI-VI ternary compound, possesses a zinc-blende structure for x<0.36. The ability to prepare zinc–cadmium (mercury)–based binary [AB, with lended A = Zn, Cd, and Mn (Hg) and B = S, Se, and Te] compounds and thin films of ternary A1−xBxC (e.g., Cd1−xZnxTe, CdTe1−xSex, etc.) or quaternary A1−x−yBxCyD (e.g., Cd1−x−yZnxMnyTe, CdSexSyTe1−x−y , etc. where C and D can be the elements of the binary compound AB) alloys with precise chemical compositions x, y has now opened up many possibilities of using II-VI materials in various technological applications.

We have measured far-infrared (FIR) reflectance spectra for CdSeTe and CdZnTe alloys, as shown above, and in collaboration with Prof. Devki Talwar, an excellent theorist, also theoretical calculations on their phonon dispersions, as shown below [1]. Further, to II-VI compound semiconductors, we have used a comprehensive Green’s function theory to study the vibrational properties of isotopic defects and to ascertain the microstructure of complex centers involving dopants and intrinsic impurities. [2]

[1] Devki N Talwar, Tzuen-Rong Yang, Zhe Chuan Feng and P. Becla, “Infrared reflectance and transmission spectra in II-VI alloys and superlattices”, Physical Review B 84, 174203 (2011).
[2] Devki N. Talwar, Zhe Chuan Feng and Tzuen-Rong Yang, “Vibrational signatures of isotopic impurities and complexes in II-VI compound semiconductors”, Physical Review B 85, 195203 (2012).

 

Determination of Surface Plasmon Modes and Guided Modes Supported by Periodic Subwavelength Slits on Metals Using a Finite-Difference Frequency-Domain Method Based Eigenvalue Algorithm

Professor Hung-chun Chang

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 張宏鈞教授

An eigenvalue solution algorithm is formulated based on the finite-difference frequency-domain (FDFD) method for determining guided modes, including the surface plasmon modes, supported by periodic metallic structures. The Yee-mesh grids which have been popularly adopted in the finite-difference time-domain (FDTD) method are used in the FDFD method and standard eigenvalue matrix equations are obtained for easily searching for the guided eigenmodes. Both two-dimensional (2-D) and three-dimensional (3-D) structures are considered and the periodicity is along the propagation direction. The metals are assumed to be perfect ones or real ones without loss. For 2-D structures, an array of grooves drilled in a perfect conductor and a real-metal structure with a periodic arrangement of subwavelength slits in air are analyzed and the dispersion diagrams and mode-field profiles are obtained. For the latter structure, surface plasmon modes and dielectric slab modes are identified to be in agreement with published results based on a different numerical scheme. This subwavelength-slit structure is then extended to a 3-D one having an additional depth and it is demonstrated that the formulated algorithm can solve the same two kinds of modes for the more complicated 3-D problem. The modes guided along drilled periodic rectangle holes on a perfect conductor surface are also calculated. (IEEE/OSA Journal of Lightwave Technology, vol. 30, no. 1, pp. 76–83, 1 January 2012.)

Fig. 1. (a) Schematic of the 3-D structure generalized from the 2-D periodic arrangement of subwavelength slits. (b) Schematic of the three sides of one metallic block in the x-z, x-y, and y-z planes.

 

Fig. 2. Dispersion diagram of the guided modes on the structure of Fig. 1. The red solid lines represent surface plasmon modes and the blue solid lines represent a series of effective dielectric slab modes. The right panel is the expanded view for more clear visualization of the surface plasmon modes.

 

Fig. 3. Ex field profiles at kx = p/d on the three sides of one metallic block, as plotted in Fig. 1(b), i.e., in the x-z, x-y, and y-z planes, for each of the four suface plasmon modes mode in Fig. 2. (a) Mode (1). (b) Mode (2). (c) Mode (3). (d) Mode (4).

 

Regularly Patterned InGaN/GaN Quantum-well Nanorod Light-emitting Diode Arrays

Professor C. C. (Chih-Chung) Yang's group

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 楊志忠教授

With the nano-imprint lithography and the pulsed growth mode of metalorganic chemical vapor deposition, a regularly-patterned, c-axis nitride nanorod (NR) array of quite uniform geometry with simultaneous depositions of top-face, c-plane disc-like and sidewall, m-plane core-shell InGaN/GaN quantum well (QW) structures is formed. The differences of geometry and composition between these two groups of QW are studied with scanning electron microscopy, cathodoluminescence, and transmission electron microscopy (TEM). In particular, the strain state analysis results in TEM observations provide us with the information about the QW width and composition. It is found that the QW widths are narrower and the indium contents are higher in the sidewall m-plane QWs, when compared with the top-face c-plane QWs. Also, in the sidewall m-plane QWs, the QW width (indium content) decreases (increases) with the height on the sidewall. The observed results can be interpreted with the migration behaviors of the constituent atoms along the NR sidewall from the bottom.

Fig. 1 Plan-view (a) and 30o-tilted (b) SEM images of the GaN NR array; Plan-view (c) and 30o-tilted (d) SEM images of the QW NR array. Fig. 2 Plan-view SEM (a) and the co-located panchromatic CL (b) images of the QW NR array; Cross-sectional SEM (c) and the co-located panchromatic CL (d) images of the QW NR array. The rectangles in (a) and (c) indicate the locations of local CL spectrum measurements.

 

Fig. 3 CL spectra of the QW NR array measured at different locations and different view directions, including that from the large-scale plan-view (PV) measurement, that at the center on the top face of an NR (TF-c) and that at the rim on the top face of the NR (TF-r), that from the large-scale cross-sectional view (CS) measurement, that at a point near the top of the sidewall (SW-t), near the middle height of the sidewall of the NR (SW-m), and near the bottom of the sidewall of the NR (SW-b). The plan-view CL spectrum of the bare GaN NR array is also plotted as curve PV-GaN. Fig. 4 (a) Cross-sectional TEM image of a QW NR. The portions of the top, the slant (1-101) facet on the right, the top sidewall on the right, the middle-height sidewall on the left, and the bottom sidewall on the right of the NR are magnified to show parts (b) and (d)-(g), respectively. The HAADF image of the NR top portion is shown in part (c).

 

     
 
 
論文題目:一維奈米半導體/壓電材料在非量子局限尺寸下之光電性質與電子結構研究

姓名:陳政營   指導教授:何志浩教授

 

摘要

本論文在非量子局限(quantum confinement regime)尺寸下研究一維奈米半導體/壓電材料之光電性質及電子結構(electronic structure)與討論其超越其本質材料的優異光電特性。

首先,由於一維奈米材料具有次波長的直徑、高的長寬比及大的介電常數,所以具有顯著的光學異向性。在此我們發現75o–85o斜向氧化鋅(ZnO)單晶奈米線陣列之新穎材料具有顯著的水平雙折射(in-plane birefringence)及優異的偏極化放光(polarized emission)特性。其中,此水平雙折射的大小(0.11)比起塊材氧化鋅大一個量級。這研究結果說明此新穎材料不只可以應用於被動光學元件且可以用於具有偏極化光學偵測與發光元件。

第二,由於一維奈米材料具極大的表面積與體積比且半徑接近於德拜長度(Debye length),所以光電性質強烈地被表面電子結構所影響。這裡我們透過四個主題研究一維奈米材料的電子結構[尤其是表面電子結構]與其光電性質的關係:(1)利用光電子能譜(photoelectron spectroscopy)配合場效電晶體量測觀測氧化鋅奈米線的表面能帶彎曲(surface band bending)之關係;(2)利用x光吸收光譜(X-ray absorption spectroscopy)研究摻鉺氧化鋅奈米柱陣列的電子結構與1.54 μm放光效率;(3)透過表面鈍化(surface passivation)加強近帶隙發光(near band-edge emission);(4) 氧化鋅奈米帶的光響應與表面及介面效應的關係。這些研究結果非常有助於一維奈米材料製作感測器(sensor)與光電元件。

最後,因為氧化鋅是纖鋅礦(wurtzite)極性半導體具有機電耦合效應,所以利用氧化鋅奈米線陣列的壓電特性來作為能量收集的研究也在論文中被討論。而鋯鈦酸鉛是傳統認知的壓電材料,故我們也研究鋯鈦酸鉛(PZT)奈米線陣列的壓電特性來與氧化鋅的結果做比較。這研究有助於深入瞭解與設計奈米發電機(nanogenerator)

圖一、(a) 斜向氧化鋅奈米陣列SEM影像 (b) 氧化鋅奈米陣列的側向TEM影像 (c) 高解析氧化鋅奈米線TEM影像 圖二、奈米線之表面能帶彎曲示意圖 (a) 無氧氣吸附的奈米線 (b) 具有氧氣吸附的奈米線 (c) 具有氧氣吸附且表面金奈米粒子的奈米線

 

 

論文題目:有機發光二極體載子注入增進技術及其界面電子結構研究

姓名:王博昇   指導教授:吳志毅教授


摘要

本研究提出並驗證處理氧化鉬(MoO3)電洞注入層的方法,可以有效提升有機發光二極體(OLED)中電洞經由銦錫氧化物(ITO)陽極注入電洞傳輸層(HTL)的效率。利用氬離子電漿轟擊已蒸鍍於基板上的氧化鉬薄膜表面,可以提升氧化鉬薄膜的電洞注入效果。在離子轟擊氧化鉬表面的同時,利用紫外光電子能譜觀察,發現在氧化鉬的能隙中產生大量的能隙能階,這些能隙能階可提供電洞連續的傳輸途徑,使電洞注入效率更好。圖一標示氧化鉬未經處理(A)與經過離子轟擊處理(B、C、D)之OLED元件電流,圖二則顯示其亮度。經過處理之元件具有較高的元件電流與亮度。

圖一 圖二
 

 
 
 

— 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 —

光學感測器:檢查細胞溫度

一種新的光學技術可用來精確地描繪單一細胞內的溫度分布,並進而提供細胞熱力學深入的資訊且幫助癌症光熱療法的發展。(Nano Lett. 12, 2107–2111; 2012)

這個計畫是由來自西班牙巴塞隆納光電科學研究所(ICFO) 、加泰隆(Catalan)學術暨高等研究所(ICREA)以及法國馬賽菲涅爾(Fresnel)研究所的科學家共同發展,他們使用綠螢光蛋白當作熱探測器。溫度測量利用監測綠螢光蛋白隨溫度變化的螢光極化各向異性(polarization anisotropy),當溫度升高,細胞的布朗旋轉運動增加而降低其發射光的極化各向異性。

來自ICFO的研究員Romain Quidant解釋說:「如同大多數化學反應,許多細胞內的功能如基因顯現與細胞分裂都屬於放熱過程。」測量細胞內部溫度的可能性是單一細胞等級的生物熱學之未探索領域的可能發展基礎。

如圖一研究員使用HeLa及U-87 MG癌症細胞測試他們的技術,這些細胞已經用綠螢光蛋白轉染且被用來加熱的金奈米棒包圍。這個研究使用一具有兩雷射源的共焦顯微鏡,其一為紅外線雷射源作為加熱金奈米棒之用途,而另一藍色雷射源則用以激發綠螢光蛋白。結果顯示細胞內之測量具有300奈米的空間解析度與0.4 °C的溫度精確性。此方法為一非侵入性測量,具有高速讀出的能力並可以20毫秒的時間解析度作資料收集的動作。

研究人員正研究增進精確度與解析度的方法並計畫應用在活體試驗中。

Quidant 對此技術表示:「描繪單一細胞內的溫度分布將會幫助解釋不同細胞器官的熱力學。」「這些資訊對於監測細胞的儀器而言是相當重要的,並可藉此對細胞活動有更進一步的了解,例如:癌細胞所產生的熱度增加超過一般的細胞。」

圖一、經由光加熱方法在HeLa細胞內傳送局部熱量的溫度測量。
(a) 綠色螢光蛋白轉染HeLa細胞的螢光強度。(b) 未加熱的溫度圖。(c) 使用50毫瓦聚焦的紅外線雷射加熱奈米棒的溫度圖,置於中間圖像右邊50微米處。(d) 某點在細胞內時間對溫度的變化。(e) 細胞內某點經過不同雷射加熱的溫度。

 

資料來源: Oliver Graydon, Optical sensors: Checking cell temperature, Nature Photonics 6, 346 (2012), doi:10.1038/nphoton.2012.123, Published online 29 May 2012
  http://www.nature.com/nphoton/journal/v6/n6/full/nphoton.2012.123.html
參考資料 Mapping Intracellular Temperature Using Green Fluorescent Protein Nano Lett., 12 (4), pp 2107–2111 (2012), doi: 10.1021/nl300389y, Publication Date (Web): March 6, 2012
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl300389y
   
 
 
 
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