～ 与南京大学（Nanjing University）博士生交流活动 2013  系列报导 ～

（时间：2013年10月8日至10月14日；地点：南京大学、扬州大学）

【之一】

撰文：光电所博士班学生吴仲伦（代表团学生队长）

第六届两岸博士生论坛由南京大学主办、扬州大学协办，于2013年10月8日在扬州召开。在这次两岸会议中台大光电所共推派了十一位优秀的博士生与一位博士后研究员参与，随行老师包含了台大光电所林恭如所长、黄建璋副所长、林晃岩老师、吴育任老师。这也是我第二次参加两岸博士生论坛，并且有幸被推选为台大光电所的学生代表，负责与南京大学学生代表万明杰同学处理会议流程安排。在两岸博士生论坛开办前台大光电所总共举办了四次行前会议，非常感谢林筱文小姐负责联系相关事宜和安排开会流程，由于林小姐的辛苦付出和细心规划才能让行前会议顺利完成，并为我们顺利与会提供保障。由于我们这次是做客至扬州大学参加会议，几乎所有的事宜都是由南京大学、扬州大学规划，其中包含会议流程安排、场地规划、饭店住宿以及文化参访，因此，我们只需好好准备研究报告即可。我们特别感谢南京大学王振林副院长、扬州大学胡经国副院长，以及南京大学金晓霞老师给我们创造了一个舒适轻松的与会环境。

会议期间，总共包含了两场邀请报告以及二十七位博士生研究报告，其中，祝世宁院士的演讲非常精采，利用光学折射率的变化，以实验方式模拟出重力场对光束的扭曲，该演讲让学生们颇为震撼并且获得了很大的启发，真是极具创意的研究工作。林恭如所长的演讲则是针对了碳系材料的锁模激光工作给出了精辟的解析，对于锁模理论给出了浅显易懂的介绍，同样也是获得了学生们热烈的提问。接下来的博士生交流环节，大家各自介绍了自己的研究工作，总体来说，大陆同侪们在基础理论上的研究，比台湾学生接触的多，提的问题也较多从理论出发，台湾同学的报告偏向与科技运用端的表现、光电组件的开发，关注的问题也较多是应用端的层面。两方都有各自的优点，也非常值得我们互相学习。值得一提的是，由于平时大家可能忙于专注自己的研究工作，与不同实验室的博士生相处的机会也不多，因此大家可能彼此并不是很了解。然而透过这次的交流活动不仅提供了我们与大陆的研究同侪交换学术知识的机会，并且也让我们了解台大光电所各实验室的研究内容，实在是获益良多。两天会期结束后，南京大学为我们安排了一系列的文化以及企业参访，我们参观了扬州星浪光电公司，这是一间专门从事光学镀膜的公司，也让我们看到了平时所学的光子晶体理论运用到产业界上。随后我们参访了扬州、苏州以及杭州许多名胜景点，包含许多坐船游湖的行程以及参观古代庭院，非常惬意。交流活动的最后一天，南京大学更为我们准备了实验室参访的行程，让我们接触到大陆同侪们的实验环境，南京大学物理学院果然是大陆地区一等一的名校指标，实验区规划完整，设备优良，让我们大开眼界。返台前，许多南大的同学们纷纷来送行，大家非常珍惜这段短暂的相处时光，同时也收获许多，希望未来该两岸博士生交流活动能一直延续下去，我相信这么有学术意义的交流活动会越办越好，越办越盛大。

【之二】

撰文：光电所博士班学生程志贤

又到一年一度台湾大学光电所和南京大学物理学院轮流主办海峡两岸博士生论坛的时间，今年为第六届，在10月9日至10日在扬州大学如火如荼展开。不过今年和以往不同，今年会议地点移至美丽的扬州大学。我在2011年也参加过第四届两岸博士生论坛，当时则是在南京大学开会，所以这次参加感觉不一样。10月9日早上一开始的开幕式，由双方的师长作简短的祝福，期许我们这次会议能够成功以外，更希望我们能有进一步学术合作的机会。在简短的开幕式之后，就是由双方的师长给予一场精采的演讲。首先台湾大学的林恭如教授利用碳系的材料，例如：石墨烯、石墨奈米粒子等等，当作饱和吸收体应用到被动锁模光纤激光（如图一）。而南京大学的祝世宁教授，谈论他们最近发表在<<Nature Photonics>>期刊中，利用宽波段变换光学的微共振腔且模拟出天体引力透镜效应可捕获可见光及红外光区的光子（如图二）。此两位教授的邀请报告让参加此论坛的博士生获益良多，透过他们自身在学术研究的经验，给予我们这些学术界的后辈一些启发。

在这两位教授精辟的演讲之后，就由我们上场来大展身手，除了表现自身的研究，也透过其它博士生针对他们不同的领域交换彼此的想法，其中参与的同学除了南京大学以外，也有苏州大学、南京理工大学、南京师范大学以及南京航空航天大学等等，还有来自当地扬州大学的同学。此海峡两岸博士生论坛最有趣的部分，就是所有的部分都由双方的博士生一手包办，包含主持人的部分，我觉得这可以让我们学习到组织规划的能力以及增进彼此交流的机会。

而一开始报告的主题则是Laser optics and optical devices，是由南京大学的刘云龙同学作为主持人。此主题主要是针对光学组件应用在一般光学或非线性光学应用为主。整场下来，我们发现在大陆学生所报告的题目当中，已逐渐从理论模拟结合实作的部分，由理论验证实验的正确性。而这是我们所要学习的，因为台大的学生主要是电资学院的同学，所以相对比较偏重于实作应用的部分，因此彼此都有很大的交换想法的空间。

当中我记忆最深刻的是台大的吴仲伦同学（如图三）及南京大学的魏冰妍同学（如图四）所做的报告。其中吴仲伦同学所报告的部分是利用奈米硅埋藏在氧化硅并利用自由载子吸收特性做出光调变器，此领域跟我所做的研究有相关，所以在会后有深入的讨论，因为硅光子学对于未来集成电路之研究有其前瞻性的发展。而魏冰妍同学则是分享他们在液晶在数字微型反射镜组件上的研究，而且应用在微影技术上，相当的有趣，并且理论和实作并用，让我觉得大陆的学生在研究上不再以理论为主，而是逐渐以理论与实作并重，因为基础的研究未来都是应用于现实社会中。由于这两个同学精彩的报告，经由同学间彼此互相推选，一个为最佳学生论文奖，另一位为最佳人气奖，是非常值得高兴的事。

【之三】

撰文：光电所博士班学生苏亮宇（代表团学生副队长）

下午的场次原订在一点半展开，但由于老师与学生们都醉心于品尝南大精心准备的午宴，尤其是地道的扬州炒饭，因此稍有延迟到两点才开始。前两个议程的主持人为魏冰妍，在之后的文化参访中她也有随行，第一个议程项目为固态照明的部分，笔者虽然从来没有做过会发光的组件，但还是担任了此一场次的第一位讲者。值得一提的是，在下午所有的演讲当中，林所长都聚精会神地倾听并提出疑问与建议，诚如他所说，希望能够在明年的会议中，可以出现南大与台大共同合作的研究报告。之后的两位讲者都是台大的学生张晏硕与刘家伟，分别是报告激光投影技术在光斑上的抑制以及探讨不同有机发光二极管结构在特性衰退上的研究。其实历年来都可以注意到通常在议程的安排上，台大和南大的学生都比较少被安排在相同的议程，这其实是因为台大光电的研究通常比较偏重于各式组件制程，而南大物理比较偏重于各式仿真与光学量测，我们在最后一天的实验室参访中也有注意到南大对光学量测的重视与实力，由于两间学校长处不同，学生熟悉的部分也不尽相同，倘若能像林所长所言一样相互合作，必能激励出更多创新的火花。第二场次的主题为积体光学组件，如光栅和一些应用表面电浆等技术的实验，表面电浆等技术在近年来也是光电领域上一个致力研究的课题，利用其耦合或局限能力，能有效地增进发光二极管的出光效率或太阳能电池的光电转化效率，在此一场次中台大的讲者为萧惠心，她利用一个表面金属为光栅结构的金属—介电质—金属结构作为一个红外光发光源，值得一提的是除了数值仿真的数据之外，她也提供了完整的实验对照，且两者数据也相当吻合。再下一个议程主要较偏材料方面，许多电子组件的进步都需要仰赖材料层面的突破，因此所上也有不少老师致力于开发新颖材料与其应用，如杨伯康所报告的利用氧化锌材料制备电阻式内存，而其中这几年最受瞩目的大概就是与2010年诺贝尔物理奖有关的材料—石墨烯，由于其优异的传导特性，石墨烯在高速晶体管或透明导电层等等皆有很多相关研究，但除了这些传统应用之外，由于人们对其特性越来越能掌握，也因此出现了其它的应用，如涂定勋所报告的将石墨烯作为硒化与硫化的阻挡层外，在早上林所长也报告了各型态石墨材料作为饱和吸收体以压缩激光脉冲的研究。今天的最后一个场次是有关于非线性光学的，包括相位匹配或光孤子等等的研究，虽然这个领域笔者较不熟悉，但在最后一天参观实验室的行程中，也不难感受到南大在这个领域的重视与实力。最后第一天的报告结束后，相信所有与会的同学与老师们都收获不少。

Professor Si-Chen Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 李嗣涔教授

We have developed different types of innovative narrow bandwidth infrared (IR) radiation emitters, including tri-layers Au/SiO₂/Au waveguide thermal emitter (WTE) and tri-layers Ag/SiO₂/Ag plasmonic thermal emitter (PTE), theirs emission wavelengths were varied from 3 to 10 μm [1-3]. We used the narrow band IR emitters to irradiate the E. Coli and lung cancer cells and investigate its effect. In 2011, ” The effect of narrow bandwidth IR radiation on the growth of Escherichia coli,” was published in in Applied Physic letter [4]. The diameters of E. Coli were affected by IR radiation for 24 hours with PTE peak wavelengths at 3, 3.5, 4, 4.5, and 5 μm, but not other wavelength as shown in Fig. 1. It was identified to be caused by the increased expression of the outer membrane protein OmpA and OmpF, implies nutrition transport and metabolic pathways of E. Coli were significantly regulated by narrow bandwidth IR radiation.

Furthermore, We have cooperated with Prof. Juan (Department of life science, NTU) and found that 3~5 μm IR radiation can induce the A549 lung cancer cell swelling, inhibit the phosphorylation of cyclin B1 and the arrest of G2/M cell cycle progression as shown in Fig. 2. [5]. This study also exhibited that IR radiation triggered ATM/ATR-p53-p21 axis in response to DNA damage, leaded to the formation of 53BP1 and g-H2AX nuclear foci, implies that IR radiation induced the DNA repair system to fix the DNA damage. Additionally, we have investigated that IR radiation with WTE peak wavelengths at 4.1, and 5.0 μm can induce the collapse of mitochondrial membrane potential of HeLa cervical cancer cells to enhance the therapeutic effects of Paclitaxel.

In summary, The IR radiation could be used to enhance the growth of E. Coli for biotech application, or combined with chemotherapy to treat cancer cells. This technology has potential to be applied in clinical cancer therapy in the future.

姓名：纪廷达   指导教授：杨志忠教授

摘要

论文中首先我们展示了一个改良的血管照影术(Micro-angiography)，虽然这方法与传统的方法都是藉由分析空间频率的高低来达到血管照影的目的，但相对于传统的技术，此方法藉由改变x与k空间的运算次序，有效消地除扫瞄时样品扰动所产生的相位噪声。利用此法所得的血管分布，可使传统利用统计方式来消除相位噪声的方法变得更有效率且能得到更正确的血流信息如图一所示。这方法还可运用于消除临床探头扫瞄时步进马达所产生的相位噪声。 接着我们利用空间局部软件分析方法来降低双参考面光学同调断层扫瞄系统(Two-reference OCT)的架设难度并消除镜像。传统双参考面光学同调断层扫瞄系统必须严格的限制双参考面之间的相位差为90度，所以必须精确地调整分光镜的角度，但如果利用空间局部方法做运算只要两参考面相位差大于30度就可以有效消除镜像的问题，如此降低了分光镜与整体双参考面光学同调断层扫瞄系统的架设度。利用此方法得到高质量的全域光学都谱勒断层扫瞄影像(ODT)如图二所示。 图一 图二

论文题目：氮化镓成长在不同形状图案画蓝宝石基板之成长力学及应力探讨

姓名：王玫丹   指导教授：曾雪峰教授／李允立教授

摘要

在本篇论文中，针对于氮化镓（GaN）材料成长在各种不同形式的图案化蓝宝石基板(patterned sapphire substrates, PSS) 之生长机制及应力演变进行了研究探讨，通过调整GaN成长在平面(flat)蓝宝石基板（FSS）和锥形(cone)图案化蓝宝石基板（CPSS）之成长参数（温度，压力，和V / III比），控制在生长过程中的固有应力，利用实时定量的基板曲率(wafer bow)量测方法分析晶圆的曲度，可用于追踪整个磊晶过程中每一个层间的内在应力(strain) ，如图一所示。 在成长过程中垂直温度梯度、晶格不匹配和热膨胀系数对应力的贡献是被分开讨论的，尽管氮化镓成长在蓝宝石基板上存在着很大的压缩性晶格不匹配(16％)，氮化镓在恒定的高温生长下仍处于拉伸应力状态(图一CPSS反曲点后之上升曲率)，在这项研究中，当氮化镓生长在锥形图案化蓝宝石基板的侧向聚合时间被延迟时，一个明显的压缩应力被观察到(图一CPSS反曲点前之下降曲率)，在生长过程中的压缩应力特性是来自于不匹配应力，毛细作用应力和图案侧壁挤压应力，由图一的反射率涂震幅趋于温定也暗示表面平整。 PSS的设计在横向的聚合能力及应力松弛扮演着举足轻重的角色，使用光微影技术和干式蚀刻法，蓝宝石基板被设计成梯形(trapezoid)形状的TPSS和锥形形状的CPSS，有长周期6微米和短周期3微米的图案。TPSS在顶面被设计有类c-面的平顶露台，相较于TPSS，CPSS具有较大范围的倾斜侧壁面积比率，这将有助于利用横向生长的方式来达到松弛残余应力及减少错位缺陷(threading dislocation density, TDs)的垂直传递；除此之外短周期的PSS较长周期的PSS有较大的倾斜侧壁覆盖面积，在这项研究中显示在一个较短周期的的CPSS更能有效地抑制氮化镓层内残余应力；GaN成长在TPSS及CPSS之过程与TDs的演化过程如图二所示。 图一 图二

— 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、张劭宇 —

可发光的电子皮肤

最近几年，可挠式与可伸缩式的光电子产品引起了高度的兴趣，这些被制作在有如人类皮肤般的基板上的电子产品又被称作电子皮肤，它们可以提供在化学与生物方面的感测功能，并且是可以与生物体兼容的、可以经生物分解、可以自给电能。整合在电子皮肤上的可伸缩式LED，因为在生物感测的数据读出以及做成在皮肤表面的显示器等都有着很大的潜力，因此最近成为非常热门的议题。

在可伸缩式的电子产品之制造过程中，要让组件在弯曲以及伸缩的状况下而不会产生物理性破坏是非常重要的，传统无机电子材料普遍由于易碎的特性而不适合制作可伸缩式电子产品。

近年来，美国伊利诺大学John Rogers研究团队，利用具有AlInGaP主动层的薄型无机LED制作在可挠式基板上，并且设计特殊的网状连结结构，而制作出可伸缩式电子产品，然而可处理的区域有限以及微影技术的高成本使其无法制作便宜且大面积的组件。相反的，使用有机聚合物分子的LED特别受到关注，因为他们可以利用低成本与大规模的沉积制程(例如卷对卷制程)来生产，同时又兼具可挠或可收缩的性质。

如今，有两个研究团队在Nature Photonics发表了利用简单且低成本的制程技术，制作可伸缩式的聚合物LED(PLED)的重要进展，因为它们的构造简单、易于制作并且充满市场潜力，使得PLED有可能成为第一个达成商业化的可伸缩式电子组件。在先前其实就有人展示过可挠式的PLED(其中包括AMOLED)，然而这些PLED只能承受几个百分比的伸缩程度，而事实上可伸缩式组件至少需要能容忍大于10%的应变，伸缩式LED不只要是一个可靠度佳的组件，它还要可以保形地附着在任何非平面表面或是可运动的部位，因而可以应用在机器人、纺织、医疗仪器或是整合在电子皮肤等方面。

Sekitani 以及他的同事发展出由氟化共聚合物结合奈米碳管电极而构成的可伸缩式PLED，他们利用机械打洞的方法来形成一个可以将显示器上不同画素连结起来的网状结构，由这种网格所形成的结构可以使LED伸展至50%的应变，然而，这种制程方法限制了结构的拉伸程度大小与制作成本的降低程度。

尽管可伸缩式PLED有很大的潜力，不过在他们可以正式商业化之前，有三个主要的技术挑战需要克服，第一，操作寿命必须要改进，这需要在组件的化学或物理封装上有创新的想法，可伸缩式PLED除了需要在使用超过10000小时以上，同时保持它的高亮度外，还要可以承受反复大于10%应变的周期性伸缩，第二，他们需要一个简单、低成本、大面积的制程方法，第三，制作一个可伸缩式PLED的最主要关键点就是要找到一个适合的电极材料，此种电极不但需要可以高导电且透明，同时还要能承受很大的应变而不会被破坏失效。

Liang团队利用一层嵌入在橡胶状PUA(polyurethane acrylate)矩阵的薄膜奈米银导线(AgNWs)所组成的电极成功克服了上述第三个挑战，并发表在Nature Photonics中，这种AgNW–PUA电极具有15奥姆/平方米的面电阻与大于80%的穿透率，而且可以在特性几乎没有改变下承受大约1500次的30%应变周期。相较于先前PLED所使用奈米碳管电极并需要加热到70°C使其可伸缩，此种电极已经有了很大的进展。基于这种AgNW–PUA组合电极，Liang团队使用全溶液制程制作出在室温下就可以伸缩的电致型PLED，这种组件可以承受最大120%的应变，虽然效能在更高的的应变下会消失，它的最高亮度2,200 cd m−2、效率11 cd A−1说明了这种组件有很好的特性表现，图1a为不同应变下组件的表现，图1b为在应变0%至30%下经过1000伸缩周期的组件特性图，由图中我们可以发现在前100个周期里组件的效能有很大的衰减，这是因为在伸压的过程中导致孔洞的形成进而使电极的面电阻下降所致。

Liang团队开发这些本身就可以收缩的材料做成的PLED结果还不错，但是经过反复的伸压周期以后组件的特性就会降低，因为这个原因，所以还需要再寻找更好的材料。相对地，White团队在Nature Photonics介绍了另外一种方法来让组件可伸缩，它们将PLED做在超薄(1.4 μm)的PET(polyethylene terephthalate)基板上，然后接着将PLED转变成可预伸缩式弹性胶体(VHB, 3M)而使得整个组件都可以伸缩，这种组件它的阳极是由PEDOT:PSS所形成而阴极是由LiF/Al形成，虽然这些材料本质上并不具伸缩的特性，而是将PLED成形在预收缩的基板上；然当其释放应力时会形成皱褶状结构，这种制程适用于个别组件可以承受皱褶状结构的小应变的条件下。图1c说明了从应变0至100%组件的表现图，使用优化过的聚合物可以达到最大122 cd m−2的亮度，虽然这种PLED相较于Liang团队的表现比较差，然而这种组件尺寸更薄；此外，White团队所使用的发光材料相较于Liang团队有着更快的反应速度，因此更适合用来做为显示器方面的应用。

Laing与White以及他们的同事的成果，代表了对于伸缩式PLED的实现有很大的跃进。然而，这些组件在物理与化学稳定性方面则仍是一个重要的议题，在前100个应变周期后，Laing团队的PLED的亮度降至原来的30%，而且在大气环境下这种组件大约只能持续工作一个星期，White团队并没有在他们的LED做过同样的测试，但是在以White团队同样制程的太阳能电池也反映出经过22周期的50%应变下组件效率也有严重下降的趋势，这是因为电极在伸缩过程中产生裂缝所致。显然地，因为电极为组件表现下降的重要关键，因此伸缩式LED的电极需要再被更进一步的开发，除此之外，阻绝或封装结构也必须再开发使得伸缩式LED在大气环境中有更长的寿命。最后，虽然这两种组件都是在简单的制程下可以制作出来，但是两者都需要做转移处理，这会导致组件无法大量生产，不过如果有进一步的制程技术开发与发现更适合的材料，那么可伸缩式LED被商业化是指日可待的。