～ 與南京大學（Nanjing University）博士生交流活動 2013  系列報導 ～

（時間：102年10月8日至10月14日；地點：南京大學、揚州大學）

【之一】

撰文：光電所博士班學生吳仲倫（代表團學生隊長）

第六屆兩岸博士生論壇由南京大學主辦、揚州大學協辦，於2013年10月8日在揚州召開。在這次兩岸會議中台大光電所共推派了十一位優秀的博士生與一位博士後研究員參與，隨行老師包含了台大光電所林恭如所長、黃建璋副所長、林晃巖老師、吳育任老師。這也是我第二次參加兩岸博士生論壇，並且有幸被推選為台大光電所的學生代表，負責與南京大學學生代表万明杰同學處理會議流程安排。在兩岸博士生論壇開辦前台大光電所總共舉辦了四次行前會議，非常感謝林筱文小姐負責聯繫相關事宜和安排開會流程，由於林小姐的辛苦付出和細心規劃才能讓行前會議順利完成，並為我們順利與會提供保障。由於我們這次是做客至揚州大學參加會議，幾乎所有的事宜都是由南京大學、揚州大學規劃，其中包含會議流程安排、場地規劃、飯店住宿以及文化參訪，因此，我們只需好好準備研究報告即可。我們特別感謝南京大學王振林副院長、揚州大學胡經國副院長，以及南京大學金曉霞老師給我們創造了一個舒適輕鬆的與會環境。

會議期間，總共包含了兩場邀請報告以及二十七位博士生研究報告，其中，祝世寧院士的演講非常精采，利用光學折射率的變化，以實驗方式模擬出重力場對光束的扭曲，該演講讓學生們頗為震撼並且獲得了很大的啟發，真是極具創意的研究工作。林恭如所長的演講則是針對了碳系材料的鎖模雷射工作給出了精闢的解析，對於鎖模理論給出了淺顯易懂的介紹，同樣也是獲得了學生們熱烈的提問。接下來的博士生交流環節，大家各自介紹了自己的研究工作，總體來說，大陸同儕們在基礎理論上的研究，比台灣學生接觸的多，提的問題也較多從理論出發，台灣同學的報告偏向與科技運用端的表現、光電元件的開發，關注的問題也較多是應用端的層面。兩方都有各自的優點，也非常值得我們互相學習。值得一提的是，由於平時大家可能忙於專注自己的研究工作，與不同實驗室的博士生相處的機會也不多，因此大家可能彼此並不是很瞭解。然而透過這次的交流活動不僅提供了我們與大陸的研究同儕交換學術知識的機會，並且也讓我們瞭解台大光電所各實驗室的研究內容，實在是獲益良多。兩天會期結束後，南京大學為我們安排了一系列的文化以及企業參訪，我們參觀了揚州星浪光電公司，這是一間專門從事光學鍍膜的公司，也讓我們看到了平時所學的光子晶體理論運用到產業界上。隨後我們參訪了揚州、蘇州以及杭州許多名勝景點，包含許多坐船遊湖的行程以及參觀古代庭院，非常愜意。交流活動的最後一天，南京大學更為我們準備了實驗室參訪的行程，讓我們接觸到大陸同儕們的實驗環境，南京大學物理學院果然是大陸地區一等一的名校指標，實驗區規劃完整，設備優良，讓我們大開眼界。返台前，許多南大的同學們紛紛來送行，大家非常珍惜這段短暫的相處時光，同時也收穫許多，希望未來該兩岸博士生交流活動能一直延續下去，我相信這麼有學術意義的交流活動會越辦越好，越辦越盛大。

【之二】

撰文：光電所博士班學生程志賢

又到一年一度臺灣大學光電所和南京大學物理學院輪流主辦海峽兩岸博士生論壇的時間，今年為第六屆，在10月9日至10日在揚州大學如火如荼展開。不過今年和以往不同，今年會議地點移至美麗的揚州大學。我在2011年也參加過第四屆兩岸博士生論壇，當時則是在南京大學開會，所以這次參加感覺不一樣。10月9日早上一開始的開幕式，由雙方的師長作簡短的祝福，期許我們這次會議能夠成功以外，更希望我們能有進一步學術合作的機會。在簡短的開幕式之後，就是由雙方的師長給予一場精采的演講。首先臺灣大學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，當作飽和吸收體應用到被動鎖模光纖雷射（如圖一）。而南京大學的祝世寧教授，談論他們最近發表在<<Nature Photonics>>期刊中，利用寬波段變換光學的微共振腔且模擬出天體引力透鏡效應可捕獲可見光及紅外光區的光子（如圖二）。此兩位教授的邀請報告讓參加此論壇的博士生獲益良多，透過他們自身在學術研究的經驗，給予我們這些學術界的後輩一些啟發。

在這兩位教授精闢的演講之後，就由我們上場來大展身手，除了表現自身的研究，也透過其他博士生針對他們不同的領域交換彼此的想法，其中參與的同學除了南京大學以外，也有蘇州大學、南京理工大學、南京師範大學以及南京航空航天大學等等，還有來自當地揚州大學的同學。此海峽兩岸博士生論壇最有趣的部分，就是所有的部分都由雙方的博士生一手包辦，包含主持人的部分，我覺得這可以讓我們學習到組織規劃的能力以及增進彼此交流的機會。

而一開始報告的主題則是Laser optics and optical devices，是由南京大學的劉雲龍同學作為主持人。此主題主要是針對光學元件應用在一般光學或非線性光學應用為主。整場下來，我們發現在大陸學生所報告的題目當中，已逐漸從理論模擬結合實作的部分，由理論驗證實驗的正確性。而這是我們所要學習的，因為台大的學生主要是電資學院的同學，所以相對比較偏重於實作應用的部分，因此彼此都有很大的交換想法的空間。

當中我記憶最深刻的是台大的吳仲倫同學（如圖三）及南京大學的魏冰妍同學（如圖四）所做的報告。其中吳仲倫同學所報告的部分是利用奈米矽埋藏在氧化矽並利用自由載子吸收特性做出光調變器，此領域跟我所做的研究有相關，所以在會後有深入的討論，因為矽光子學對於未來積體電路之研究有其前瞻性的發展。而魏冰妍同學則是分享他們在液晶在數位微型反射鏡元件上的研究，而且應用在微影技術上，相當的有趣，並且理論和實作並用，讓我覺得大陸的學生在研究上不再以理論為主，而是逐漸以理論與實作並重，因為基礎的研究未來都是應用於現實社會中。由於這兩個同學精彩的報告，經由同學間彼此互相推選，一個為最佳學生論文獎，另一位為最佳人氣獎，是非常值得高興的事。

【之三】

撰文：光電所博士班學生蘇亮宇（代表團學生副隊長）

下午的場次原訂在一點半展開，但由於老師與學生們都醉心於品嘗南大精心準備的午宴，尤其是道地的揚州炒飯，因此稍有延遲到兩點才開始。前兩個議程的主持人為魏冰妍，在之後的文化參訪中她也有隨行，第一個議程項目為固態照明的部分，筆者雖然從來沒有做過會發光的元件，但還是擔任了此一場次的第一位講者。值得一提的是，在下午所有的演講當中，林所長都聚精會神地傾聽並提出疑問與建議，誠如他所說，希望能夠在明年的會議中，可以出現南大與台大共同合作的研究報告。之後的兩位講者都是台大的學生張晏碩與劉家偉，分別是報告雷射投影技術在光斑上的抑制以及探討不同有機發光二極體結構在特性衰退上的研究。其實歷年來都可以注意到通常在議程的安排上，台大和南大的學生都比較少被安排在相同的議程，這其實是因為台大光電的研究通常比較偏重於各式元件製程，而南大物理比較偏重於各式模擬與光學量測，我們在最後一天的實驗室參訪中也有注意到南大對光學量測的重視與實力，由於兩間學校長處不同，學生熟悉的部分也不盡相同，倘若能像林所長所言一樣相互合作，必能激勵出更多創新的火花。第二場次的主題為積體光學元件，如光柵和一些應用表面電漿等技術的實驗，表面電漿等技術在近年來也是光電領域上一個致力研究的課題，利用其耦合或侷限能力，能有效地增進發光二極體的出光效率或太陽能電池的光電轉化效率，在此一場次中台大的講者為蕭惠心，她利用一個表面金屬為光柵結構的金屬—介電質—金屬結構作為一個紅外光發光源，值得一提的是除了數值模擬的數據之外，她也提供了完整的實驗對照，且兩者數據也相當吻合。再下一個議程主要較偏材料方面，許多電子元件的進步都需要仰賴材料層面的突破，因此所上也有不少老師致力於開發新穎材料與其應用，如楊伯康所報告的利用氧化鋅材料製備電阻式記憶體，而其中這幾年最受矚目的大概就是與2010年諾貝爾物理獎有關的材料—石墨烯，由於其優異的傳導特性，石墨烯在高速電晶體或透明導電層等等皆有很多相關研究，但除了這些傳統應用之外，由於人們對其特性越來越能掌握，也因此出現了其他的應用，如涂定勳所報告的將石墨烯作為硒化與硫化的阻擋層外，在早上林所長也報告了各型態石墨材料作為飽和吸收體以壓縮雷射脈衝的研究。今天的最後一個場次是有關於非線性光學的，包括相位匹配或光孤子等等的研究，雖然這個領域筆者較不熟悉，但在最後一天參觀實驗室的行程中，也不難感受到南大在這個領域的重視與實力。最後第一天的報告結束後，相信所有與會的同學與老師們都收穫不少。

Professor Si-Chen Lee

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 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：紀廷達   指導教授：楊志忠教授

摘要

論文中首先我們展示了一個改良的血管照影術(Micro-angiography)，雖然這方法與傳統的方法都是藉由分析空間頻率的高低來達到血管照影的目的，但相對於傳統的技術，此方法藉由改變x與k空間的運算次序，有效消地除掃瞄時樣品擾動所產生的相位雜訊。利用此法所得的血管分佈，可使傳統利用統計方式來消除相位雜訊的方法變得更有效率且能得到更正確的血流資訊如圖一所示。這方法還可運用於消除臨床探頭掃瞄時步進馬達所產生的相位雜訊。 接著我們利用空間局部軟體分析方法來降低雙參考面光學同調斷層掃瞄系統(Two-reference OCT)的架設難度並消除鏡像。傳統雙參考面光學同調斷層掃瞄系統必須嚴格的限制雙參考面之間的相位差為90度，所以必須精確地調整分光鏡的角度，但如果利用空間局部方法做運算只要兩參考面相位差大於30度就可以有效消除鏡像的問題，如此降低了分光鏡與整體雙參考面光學同調斷層掃瞄系統的架設度。利用此方法得到高品質的全域光學都譜勒斷層掃瞄影像(ODT)如圖二所示。 圖一 圖二

論文題目：氮化鎵成長在不同形狀圖案畫藍寶石基板之成長力學及應力探討

姓名：王玫丹   指導教授：曾雪峰教授／李允立教授

摘要

在本篇論文中，針對於氮化鎵（GaN）材料成長在各種不同形式的圖案化藍寶石基板(patterned sapphire substrates, PSS) 之生長機制及應力演變進行了研究探討，通過調整GaN成長在平面(flat)藍寶石基板（FSS）和錐形(cone)圖案化藍寶石基板（CPSS）之成長參數（溫度，壓力，和V / III比），控制在生長過程中的固有應力，利用即時定量的基板曲率(wafer bow)量測方法分析晶圓的曲度，可用於追踪整個磊晶過程中每一個層間的內在應力(strain) ，如圖一所示。 在成長過程中垂直溫度梯度、晶格不匹配和熱膨脹係數對應力的貢獻是被分開討論的，儘管氮化鎵成長在藍寶石基板上存在著很大的壓縮性晶格不匹配(16％)，氮化鎵在恆定的高溫生長下仍處於拉伸應力狀態(圖一CPSS反曲點後之上升曲率)，在這項研究中，當氮化鎵生長在錐形圖案化藍寶石基板的側向聚合時間被延遲時，一個明顯的壓縮應力被觀察到(圖一CPSS反曲點前之下降曲率)，在生長過程中的壓縮應力特性是來自於不匹配應力，毛細作用應力和圖案側壁擠壓應力，由圖一的反射率涂震幅趨於溫定也暗示表面平整。 PSS的設計在橫向的聚合能力及應力鬆弛扮演著舉足輕重的角色，使用光微影技術和乾式蝕刻法，藍寶石基板被設計成梯形(trapezoid)形狀的TPSS和錐形形狀的CPSS，有長周期6微米和短周期3微米的圖案。TPSS在頂面被設計有類c-面的平頂露台，相較於TPSS，CPSS具有較大範圍的傾斜側壁面積比率，這將有助於利用橫向生長的方式來達到鬆弛殘餘應力及減少錯位缺陷(threading dislocation density, TDs)的垂直傳遞；除此之外短周期的PSS較長周期的PSS有較大的傾斜側壁覆蓋面積，在這項研究中顯示在一個較短周期的的CPSS更能有效地抑制氮化鎵層內殘餘應力；GaN成長在TPSS及CPSS之過程與TDs的演化過程如圖二所示。 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、張劭宇 —

可發光的電子皮膚

最近幾年，可撓式與可伸縮式的光電子產品引起了高度的興趣，這些被製作在有如人類皮膚般的基板上的電子產品又被稱作電子皮膚，它們可以提供在化學與生物方面的感測功能，並且是可以與生物體相容的、可以經生物分解、可以自給電能。整合在電子皮膚上的可伸縮式LED，因為在生物感測的資料讀出以及做成在皮膚表面的顯示器等都有著很大的潛力，因此最近成為非常熱門的議題。

在可伸縮式的電子產品之製造過程中，要讓元件在彎曲以及伸縮的狀況下而不會產生物理性破壞是非常重要的，傳統無機電子材料普遍由於易碎的特性而不適合製作可伸縮式電子產品。

近年來，美國伊利諾大學John Rogers研究團隊，利用具有AlInGaP主動層的薄型無機LED製作在可撓式基板上，並且設計特殊的網狀連結結構，而製作出可伸縮式電子產品，然而可處理的區域有限以及微影技術的高成本使其無法製作便宜且大面積的元件。相反的，使用有機聚合物分子的LED特別受到關注，因為他們可以利用低成本與大規模的沉積製程(例如捲對捲製程)來生產，同時又兼具可撓或可收縮的性質。

如今，有兩個研究團隊在Nature Photonics發表了利用簡單且低成本的製程技術，製作可伸縮式的聚合物LED(PLED)的重要進展，因為它們的構造簡單、易於製作並且充滿市場潛力，使得PLED有可能成為第一個達成商業化的可伸縮式電子元件。在先前其實就有人展示過可撓式的PLED(其中包括AMOLED)，然而這些PLED只能承受幾個百分比的伸縮程度，而事實上可伸縮式元件至少需要能容忍大於10%的應變，伸縮式LED不只要是一個可靠度佳的元件，它還要可以保形地附著在任何非平面表面或是可運動的部位，因而可以應用在機器人、紡織、醫療儀器或是整合在電子皮膚等方面。

Sekitani 以及他的同事發展出由氟化共聚合物結合奈米碳管電極而構成的可伸縮式PLED，他們利用機械打洞的方法來形成一個可以將顯示器上不同畫素連結起來的網狀結構，由這種網格所形成的結構可以使LED伸展至50%的應變，然而，這種製程方法限制了結構的拉伸程度大小與製作成本的降低程度。

儘管可伸縮式PLED有很大的潛力，不過在他們可以正式商業化之前，有三個主要的技術挑戰需要克服，第一，操作壽命必須要改進，這需要在元件的化學或物理封裝上有創新的想法，可伸縮式PLED除了需要在使用超過10000小時以上，同時保持它的高亮度外，還要可以承受反覆大於10%應變的週期性伸縮，第二，他們需要一個簡單、低成本、大面積的製程方法，第三，製作一個可伸縮式PLED的最主要關鍵點就是要找到一個適合的電極材料，此種電極不但需要可以高導電且透明，同時還要能承受很大的應變而不會被破壞失效。

Liang團隊利用一層嵌入在橡膠狀PUA(polyurethane acrylate)矩陣的薄膜奈米銀導線(AgNWs)所組成的電極成功克服了上述第三個挑戰，並發表在Nature Photonics中，這種AgNW–PUA電極具有15歐姆/平方米的面電阻與大於80%的穿透率，而且可以在特性幾乎沒有改變下承受大約1500次的30%應變週期。相較於先前PLED所使用奈米碳管電極並需要加熱到70°C使其可伸縮，此種電極已經有了很大的進展。基於這種AgNW–PUA組合電極，Liang團隊使用全溶液製程製作出在室溫下就可以伸縮的電致型PLED，這種元件可以承受最大120%的應變，雖然效能在更高的的應變下會消失，它的最高亮度2,200 cd m−2、效率11 cd A−1說明了這種元件有很好的特性表現，圖1a為不同應變下元件的表現，圖1b為在應變0%至30%下經過1000伸縮週期的元件特性圖，由圖中我們可以發現在前100個週期裡元件的效能有很大的衰減，這是因為在伸壓的過程中導致孔洞的形成進而使電極的面電阻下降所致。

Liang團隊開發這些本身就可以收縮的材料做成的PLED結果還不錯，但是經過反覆的伸壓周期以後元件的特性就會降低，因為這個原因，所以還需要再尋找更好的材料。相對地，White團隊在Nature Photonics介紹了另外一種方法來讓元件可伸縮，它們將PLED做在超薄(1.4 μm)的PET(polyethylene terephthalate)基板上，然後接著將PLED轉變成可預伸縮式彈性膠體(VHB, 3M)而使得整個元件都可以伸縮，這種元件它的陽極是由PEDOT:PSS所形成而陰極是由LiF/Al形成，雖然這些材料本質上並不具伸縮的特性，而是將PLED成形在預收縮的基板上；然當其釋放應力時會形成皺褶狀結構，這種製程適用於個別元件可以承受皺褶狀結構的小應變的條件下。圖1c說明了從應變0至100%元件的表現圖，使用優化過的聚合物可以達到最大122 cd m−2的亮度，雖然這種PLED相較於Liang團隊的表現比較差，然而這種元件尺寸更薄；此外，White團隊所使用的發光材料相較於Liang團隊有著更快的反應速度，因此更適合用來做為顯示器方面的應用。

Laing與White以及他們的同事的成果，代表了對於伸縮式PLED的實現有很大的躍進。然而，這些元件在物理與化學穩定性方面則仍是一個重要的議題，在前100個應變週期後，Laing團隊的PLED的亮度降至原來的30%，而且在大氣環境下這種元件大約只能持續工作一個星期，White團隊並沒有在他們的LED做過同樣的測試，但是在以White團隊同樣製程的太陽能電池也反映出經過22週期的50%應變下元件效率也有嚴重下降的趨勢，這是因為電極在伸縮過程中產生裂縫所致。顯然地，因為電極為元件表現下降的重要關鍵，因此伸縮式LED的電極需要再被更進一步的開發，除此之外，阻絕或封裝結構也必須再開發使得伸縮式LED在大氣環境中有更長的壽命。最後，雖然這兩種元件都是在簡單的製程下可以製作出來，但是兩者都需要做轉移處理，這會導致元件無法大量生產，不過如果有進一步的製程技術開發與發現更適合的材料，那麼可伸縮式LED被商業化是指日可待的。