第127期 2017年3月刊
 
 
 
發行人:林恭如所長  編輯委員:吳肇欣教授  主編:林筱文  發行日期:2017.03.30
 
 

本所3月份演講公告:

 

日期

講者簡介 講題 地點 時間

光電所專題演講

3/22 (週三)

中村修二
特聘研究講座教授

諾貝爾講座固態照明專題 (一)
講題:50 Years of Nitride Optoelectronics
(LEDs and Laser Diodes)

博理館
101演講廳
 

14:20~15:50 

3/23 (週四)

中村修二
特聘研究講座教授

諾貝爾講座固態照明專題 (二)
講題:Latest and Future Prospects of Nitride Optoelectronics (LEDs and Laser Diodes)

博理館
101演講廳
 

14:20~15:50 

3/24 (週五)

蔡登法執行副總

環天世通科技股份有限公司

在集團公司中開創新事業及改造困難事業的歷程

博理館
101演講廳
 

16:30~18:00 

 

 

 

 
 
     

光電所參與歐盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 碩士雙學位計畫  系列報導 ~

【之三】

撰文:光電所碩士班學生陳廷豪

比利時的碩士學位基本上要兩年的時間才可以完成,但由於我是參與光電所與EMSP的碩士雙學位計畫,因此只需要在根特大學讀一年的時間即可完成第二個碩士學位,也因為如此,在這一年可說是非常忙碌。我們要同時兼顧課業以及研究,所以沒有多餘的時間來讓你適應環境。

EMSP在我們收到入學許可後就會寄研究題目讓我們選擇。根特大學光電所的強項是光波導,然而因為興趣的關係,我選擇了一個會需要用Python撰寫演算法的題目。我的題目是Low-coherence digital holographic microscopy for characterization of transparent particles。簡單來說,光照射在微小的粒子會產生繞射圖案,將繞射圖案用Mie theory去解Maxwell’s equations後,我可以推論出粒子的大小、直徑、折射係數、移動的軌跡等等。這過程會需要用Python 做影像分析,對我來說是一大挑戰,同時也是學習的大好機會。

在上半學期一開始主要是background knowledge建立、各種儀器學習和無塵室訓練。根特大學的碩士生基本上被歸類為學生,相對於臺灣來說,比較注重課程教育,而臺灣則比較重視研究成果。比較特別的是這裡的博士生與教授的地位差不多,教授和博士生之間會稱呼對方為同事,比利時的博士生被認定為勞工,領有最低月薪約新臺幣7萬。碩士生會交由博士生指導,碩士生稱指導博班學長為supervisor,稱指導教授為promoter。我的實驗室每個月報告一次進度,進度報告大概20分鐘,報告一個月期間遇到哪些問題、解決什麼事以及下個月要往什麼地方邁進。報告結束後,台下有兩個教授、一個博後和兩個博士班學長會問你問題,所以必須確保你所報告的內容要徹底了解,不然可是會被問倒!

我在辦公室有自己的座位,因此除了上課之外的時間,會坐在自己的位子讀書或是做研究。其中最值得讚賞比利時人的一點是他們高效率的做事態度!博士生和教授們九點以前就會出現在實驗室,首先泡一杯咖啡然後開啟高專注力的模式工作,中午簡單吃個冷食,例如subway的三明治或是沙拉,立刻又開始工作,到下午五點就準備下班回家。只在週一至週五工作,週末絕對不會看到有人出現!然而他們的研究也沒有因此打折扣,大部分的博士生都可以在四年內完成博士論文!這也是臺灣的研究生應該學習的地方,如何提高專注力並以高效率的方式完成工作,同時也兼顧生活品質!也因為指導我的博班學長時間有限,儀器的教學都只教一次,所以我也必須提高我的專注力,在最短的時間內上手。

根特大學的碩士生一樣要寫論文和口試。由於第一學期將大部分的課都修完了,因此第二學期可以全心全意投入在論文上。論文的截止日期在六月初,所以下學期可以說是最忙碌的時候,基本上就是實驗和寫論文同時進行,白天做實驗跑模擬,晚上回到宿舍寫論文,每當寫完一章就拿給博班學長改,時間就在這忙碌的日子中快速度過,在交完論文後緊接著是六月的期末考,六月底則是口試。我的實驗室在正式口試前會先進行內部口試,內部口試的重要性不亞於正式口試,因為在內部口試,實驗室的教授們、博後、博班學長會針對我的論文和口試報告輪番轟炸,發問的時間無上限,因為在正式口試時,口試時間有限制,無法問很多問題,所以內部口試在學位成績裡非常重要!EMSP的口試是所有碩士生一起口試,第一天在布魯塞爾自由大學,第二天在根特大學,每個碩士生輪番上場報告並接受現場的教授和學生提問,最後會選出今年的最佳論文獎。

圖一、我在實驗室的位子,由於此建築才剛於今年啟用,所以很新!

 

圖二、根特大學的無塵室,非常高級,管理也非常嚴格!此圖為進無塵室前拍攝的照片。

 

圖三、正式口試的實況,在一個大會議室,裡面坐著很多教授、博士生和學生,每個人都可以發問。

圖四、實驗室合照,除了幾位大陸女生,其餘皆為比利時人。

【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生吳鎮國

參與光電所與EMSP的碩士雙學位計畫期間,在歐洲的一年除了數量眾多的課要修,還有一半的時間要全力完成論文研究與撰寫。歐洲大學在研究所兩年學程的設計中,論文撰寫大約佔30%,且集中在最後一學期,其他的時間要完成繁重的課程,學程設計上主要是要訓練你學會做研究的方法,並且懂得如何整理研究結果以及完整地向大眾報告,做多做少自己要對自己要求,也因此,有些研究生做出來的成果並不是完全如預期(例如,元件製作不理想,但是製作時間不夠),就在論文口試時報告失敗原因的分析即可。相較之下臺灣研究所學程比較偏重研究工作,以我的經驗在臺灣的研究成果產出會比較多,因此有比較多的機會投稿期刊與參加研討會,各有特色與不同。

通常確定了研究主題,學生就會開始聯絡教授及早進實驗室進行研究工作,並在課餘空堂時和教授meeting。我們是大約抵達前一週知道了題目以及指導老師,開學忙完雜事就開始聯絡指導教授。除了指導教授,還會有一位博士生帶你做研究,研究主題通常是博士生的計畫下一小部分。我的教授頗為勤勞,所以每個禮拜我們三個人會一起meeting,討論研究及計算,如果有比較瑣碎的軟體使用上的問題,我會私下和我的博班學長約時間問他問題。論文撰寫及做研究的時間其實沒有臺灣來得多。

我做研究的單位是根特大學Photonics Research Group,是由約10位的教授以及許多博士、博後所組成,就像公司一樣,會有一起共用的實驗室以及模擬軟體,和臺灣由實驗室單打獨鬥比較不同。裡面組成的族群相當多元,以我為例,我的指導老師是比利時人,指導博士班學長是伊朗人,我們三個成長背景相差很遠,要一起討論、相處,是個很有趣的經驗。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生陳世昌

UGent的EMSP計畫下共分為7個研究團隊,其中最大的團隊為Photonics Research Group (PRG),教授及博士班學生共多達70人,在我們這次參加EMSP的5人中,有4位都隸屬於此一團隊,而另一位則在液晶組。PRG的研究內容相當廣泛,包含了生醫檢測、半導體雷射、波導管…等,與臺大光電所的研究環境最不同的地方,在於每一位教授底下雖然有各自的研究生,但是並無各自的實驗室及研究室,舉凡研究時會用到的高效能模擬電腦或無塵室設備都是資源共享的,這樣的好處在於所有的研究資源都能得到充分的利用,而且對於團隊內的人員或研究內容都能較為熟悉,若在研究過程中遇到難題,也能與其他人討論,但是相反地,對於使用研究設備的自由度就會受到限制,往往都要事先線上預約,並且使用者對於設備的操作狀況(例如:上一位使用者的材料為何?)無法完全掌握。

在這次的EMSP計畫中,我的研究主題為SERS晶片的優化,很幸運地同時使用到了模擬、製程以及量測的資源,相對於其他人算是與無塵室接觸較頻繁,因此便大致介紹一下其狀況。

PRG的無塵室環境真的很乾淨,為了在建築物一樓提供良好的無塵室,其二樓和地下一、二樓皆規劃了大型的廢氣及廢水排放系統,在參加新進人員訓練時,看到如此大費周章的設計真的頗驚訝。在管理的方面也相對於臺大光電所嚴謹許多,PRG在無塵室入口旁放置了一個佈告欄,上面有所有通過考核的使用者名牌,進去無塵室前需要將自己的名牌放置在相對應的位置,以利於及時掌握裡面的使用者名單;同時,如果在上班時間(週一到週五的9~18時)之外還須待在無塵室裡面,則需要以簡訊方式回報給環安衛中心並告知離開時間,雖然平時覺得此兩項作法有點麻煩,但相信對於緊急事故發生時的處理應對必定能幫助不少。另一方面,碩士班學生在UGent的角色仍被視為學生,而博士班學生則被視為職員,因此碩士班學生在通過新進人員考核後,在無塵室內的限制仍然比博士班學生多,例如碩士班學生只能在上班時間內進入無塵室做實驗,禁止於平日的晚上或周末時間進行實驗,從研究生的角度來看,或許是習慣了在臺大實驗室自由的模式,總覺得這項規定很麻煩,不能按照自己的行程來規劃實驗進度,但是從上位者的角度來看,正因為碩士班人員還是學生角色,其工作仍然是學習為主而非實質的研究產出,因此在環安衛人員配額少的下班時間,基於安全考量限制使用是應當的,而其實這也另一方面鼓勵學生們事先妥善規畫自己的行程,達到學習和休閒平衡的目標。

或許UGent的學術排名沒有比臺大優秀(也沒有落後很多),但是在這一年的研究生活中,我看到他們仍然有許多措施是優於臺大光電所的,本文這些真的只是鳳毛麟角,相信我們如果能學習到這些優點,必定能營造一個更好的臺大光電所研究環境。

 

【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生王怡文

除了修課之外,做研究是課業上的另一重點。我們在學期開始之前就收到了一份研究題目清單,洋洋灑灑大約有三、四十個題目,一部分是由根特大學提供,而另一些則是由布魯塞爾自由大學提供。我們得從中挑選三個題目並排出志願順序,接著就等待最終結果出爐,理論上也會是在開學之前就會確定論文題目。至於如何挑選題目就是各憑喜好了,當然你可以亂槍打鳥地隨便選三個,不過還是建議好好地把簡介都看過一遍,雖然真的只是很簡短的介紹,但可以稍微讓你有一點輪廓。我的論文題目最終是決定在根特大學,而研究不外乎就是模擬、製程和量測的組合,以我的情況而言是著重在模擬和量測。其實當初我會選擇這個題目也是因為之前在臺大的題目比較偏製程和量測,所以才希望另一個研究比較偏向模擬,也算是給自己一個小小的挑戰。

等一切都定案之後,就可以寄信和學長聯絡,約好時間討論研究該如何進行。以時間區分的話,你可以選擇把研究平均分散到兩個學期,或是第一個學期多修一些課而第二個學期專攻研究。我選擇了第一種,因此從上學期開始就陸陸續續做了一些量測,這樣也是希望減少下學期的時間壓力,不過我最後還是在九月才口試,這是後話了。

先回到有關研究的部分,由於我這個題目和在臺大的題目完全不一樣,因此不管是量測還是模擬對我來說都是全新的挑戰,真的是什麼都不懂。雖然心裡很惶恐,不過學長會從頭開始教,而且只要你發問了,有任何不確定、不了解的地方他們都會好好解說。而做研究也有點像在拼拼圖,最初只看到整個主題的一小部分,可能連自己在做什麼都搞不太清楚,隨著接觸越來越多實驗、做了許多數據分析、開始用不同軟體跑模擬…等等,我們會越來越能掌握整個碩士論文的重點所在。

在根特量測是一件滿有趣的事情,你很有機會繞整個實驗室一圈來尋找自己需要的儀器、零件等等,我自己遇過比較讓人好氣又好笑的事情是,好不容易預約了量測的時間,結果發現電腦主機被人搬走了,只剩下螢幕一台,我只好再去尋覓另外一台主機。我對於做模擬的印象也很深刻,可能是因為第一次接觸,就很像使用新產品一樣,要一邊詳閱使用說明書、一邊動手操作。不能說一開始就很順利,但是從各種錯誤中學習的確能讓人更清楚整個模擬的意義所在,但我也因為花了太多時間在摸索模擬軟體,而來不及在六月的第一梯次口試。不過也因此多了兩個多月的緩衝時間,慢慢地把實驗、模擬和論文寫作完成。口試和準備投影片當然也是一個重點,在正式口試之前一樣會有一次預演,而與會人就是你的口試委員們,他們會針對投影片內容一頁一頁地檢討,並且先提出一些可能在正式口試時會遇到的提問。口試委員的組成和在臺灣不太一樣,成員基本上就是你的學長和指導教授,再外加一、兩位教授,也就是說,學長才是真正掌握了生殺大權的人,因為他最了解你在做研究的整個過程。

雖然一開始大家都對一年完成碩士論文這件事感到懷疑,但值得慶幸的是大家都順利過關了。現在想想,只要按照計畫按部就班地走,就一定沒有問題。而當我們陷入瓶頸中掙扎時,縱使相當慌張不安,學長姐和教授都會伸出援手,只要奮力抓住這雙手,就能脫離泥沼,然後經過數次這樣的迴圈,工程浩大的碩士論文也就會在不知不覺中畫下句點。【精彩內容,下期待續~】

 

撰文:光電所碩士班學生許晏翔

和大部分同學熟悉的出國交換不同,參與光電所與EMSP的碩士雙學位計畫除了修課以外,還要做研究寫論文,通過口試後才能獲得第二個學位。所以在大部分情況下,難度高於出國當交換學生。

確定參與EMSP後,根特大學以及布魯塞爾自由大學(VUB)的聯絡窗口會提供數十個論文題目,這些題目包含光電的各個領域以及跨足其他領域的應用,我們再從這些題目中挑選三個自己最有興趣的志願,在三周內連同成績單等審查資料回覆聯絡窗口。所選題目不必要與在臺大光電所從事的研究相關,以我為例,前三志願分別是光子電腦模擬、可見光通訊,以及二氧化碳偵測,這些都與我在臺大的研究主題—光子晶體、LED製程幾乎無關。題目志願送出後,審核人員會參考成績單以及其他競爭者的資料,在上學期開始前通知最終結果。開學後,須盡快寄email給指導教授(promotor)和學長(supervisor)安排第一次meeting的時間,以便瞭解研究概況並及早開始讀paper,增加背景知識。研究遭遇瓶頸時,博士班或博士後的學長是第一求助順位,所以他們最瞭解碩士生的研究進度,並且適時給予知識和技術支援;而指導教授通常比較忙,平時就用email報告研究進度,大約每兩週到一個月和指導教授進行一次meeting。因此,碩士生論文口試的成績是這樣決定的:除了現場反應以外,學長們基於對該碩士生的瞭解和平日表現,先討論出一個分數範圍,再加入其他口試委員的意見微調;簡言之,博士學長們操碩士生之生殺大權。

論文題目與研究方針確定後,即可視題目的難易度和學長的要求,大致規劃上、下學期的課表。可以選擇把6~8門課全部排在上學期,下學期專心做研究、寫論文;或是上學期修習4~5門課,同時進行部分研究,下學期再把主力放在研究,其他時間修剩下的課。基本原則是:研究和論文是下學期的重點,所以下學期不宜修太多課。

做研究或讀paper時,難免遭遇瓶頸,這時千萬不要吝於發問,發現自己無法解決的問題就馬上寄email給學長約時間討論。只要是上班時間,學長幾乎都可在10分鐘內回覆(頻繁的寄信給學長亦可展現自己的積極程度)。其實「積極發問」是成本最低、最有效的做學問習慣,只是多數東方學生害怕顯露自己無知的同時造成他人麻煩,所以表現出剛毅木訥、沉默寡言的特質。根特大學的老師和學長對此相當不解,他們的觀念是:大家都知道就是因為有不懂的東西才會來當學生,身為學生竟然不好好利用這個身分獲取最多好處,還處處顧慮,簡直本末倒置。【精彩內容,下期待續~】

 

 

 

 
     
 
 

Photo-stability study of colloidal CdSe/ZnS quantum dots passivated in Al2O3 using atomic layer deposition

Professor Ming-Hua Mao’s laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 毛明華教授

We report photo-stability enhancement of colloidal CdSe/ZnS quantum dots (QDs) passivated in Al2O3 thin film using the atomic layer deposition (ALD) technique. 62% of the original peak photoluminescence (PL) intensity remained after ALD. The photo-oxidation and photo-induced fluorescence enhancement (PFE) effects of both unpassivated and passivated QDs were studied under various conditions. Unpassivated QDs showed rapid PL degradation under high excitation due to strong photo-oxidation in air while the PL intensity of Al2O3 passivated QDs was found to remain stable. Our experimental results demonstrated that passivation of colloidal QDs by ALD is a promising method to well encapsulate QDs to prevent gas permeation and to enhance photo-stability. This is essential for the applications of colloidal QDs in light-emitting devices. This work has been published in J. Appl. Phys., vol. 120, pp. 083103, 2016.

Fig. 1. PL spectra of unpassivated QDs (dotted line) and Al2O3 passivated QDs (solid line).

Fig. 2. Temporal evolution of PL intensities in air and in vacuum under CW excitation for unpassivated and passivated QDs at different power densities.

 

Development of Extremely High External Quantum Efficiency Blue Organic Light emitting Devices

Professor Chung-Chih Wu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳忠幟教授

We have developed highly efficient blue organic light emitting diodes (OLEDs) based on highly efficient thermally activated delayed fluorescent (TADF) emitters. Photophysical studies indicate that TADF emitters can simultaneously possess nearly unitary (100%) photoluminescence quantum yields (PLQYs), and strongly anisotropically/horizontally oriented emitting dipoles (with horizontal dipole ratio of 83%) that can help boost optical out-coupling efficiencies of OLEDs. Baed on such advanced TADF emitters, extremely efficient blue OLEDs have been developed with ideal internal quantum efficiencies (IQE) of nealy 100% and very high external quantum efficiencies (EQE) of nearly 37% in conventional planar OLED structures (without using any internal/external optical out-coupling schemes), and even higher EQE of nearly 63% by adopting simple external optical out-coupling schemes. Such results are by far the highest EQE ever reported for blue TADF OLEDs and blue OLEDs of any kind, indicating their high potential for OLED applications.

Fig. 1. Achieving very high external quantum efficiencies of blue OLEDs.

 

 

     
 
 
論文題目:非完美組成比例碳化矽薄膜的光電元件應用研究

姓名:程志賢   指導教授:林恭如教授

 

摘要

在本研究中,我們成功利用非完美組成碳化矽薄膜進行光電元件的應用及研究。在第一部分,我們成功利用碳化矽薄膜當作緩衝層成長氮化鎵發光二極體,其最大外部量子效率和效率遽降分別為42.3%和7%。在第二部分,成功製備出全碳化矽異質接面薄膜太陽能電池,其元件開路電壓及短路電壓分別為0.51 V和19.7 mA/cm2。在最後部分,利用碳化矽當作飽和吸收體應用於被動所模摻鉺光纖雷射。其薄膜之非線性折射率增加至3.86×10-11 cm2/W,進而使雷射脈衝寬壓縮至470 fs。

圖一、利用碳化矽薄膜當作緩衝層成長氮化鎵發光二極體應用於可撓式發光二極體

圖二、碳化矽當作飽和吸收體應用於被動所模摻鉺光纖雷射轉移流程圖及雷射架構圖

 


 
 
 

— 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、王子聖 —

超解析顯微鏡有助於蛋白質複合物在活細胞中的3D觀察

西班牙巴塞隆那生物醫學研究所(IRB)的科學家與其合作者應用了一種超解析顯微鏡的組合方法,該方法能以3D的方式觀察活細胞中負責執行細胞功能的蛋白質複合物(見圖一)。

圖一、使用當前顯微技術觀察到在活體內的蛋白複合物的影像(左圖)與應用超解析顯微鏡使精確度提高至25倍,並提供蛋白質複合物在活體內的3D觀察(右圖)。

目前,研究蛋白質複合物功能的生物學家會在試管中將其分離,然後應用體外技術以觀察其達到原子等級的結構;或者,這些科學家會使用另外一些技術對活體細胞中的複合物進行分析,但這些技術卻幾乎無法提供蛋白質複合物的結構資訊。在此研究小組的研究中,研究人員在活細胞中的蛋白質執行其功能時設法直接觀察其結構。

研究人員以基因修飾細胞並在其內部建立人工支持物,在支持物上可錨定蛋白質複合物(見圖二)。這些支持物設計為使得它們能調節觀察到固定的蛋白質複合物的角度。然後,為了要確定蛋白質複合物的3D結構,他們使用超解析度技術來測量不同組成部分之間的距離,然後將它們以類似全球定位系統的方式整合起來。

圖二、透過PICT (protein interactions from imaging complexes after translocation) 錨定蛋白質複合物之後工程酵母細胞的螢光顯微鏡影像,其中人工錨定平台顯示在紅色斑點中,而exocyst以綠色斑點顯示;由於紅色和綠色信號之間的重疊,exocyst已被固定了的那些錨定平台則以黃色顯示。

Gallego使用這種方法來研究胞吐作用,胞吐作用是指能讓細胞與其外部進行通信的一種機制。舉例來說,神經元通過經由胞吐作用釋放的神經遞質而彼此通信。這項研究使科學家揭示了胞吐作用中一個關鍵蛋白複合物的整個結構,Gallego表示他們現在已經知道這個由八種蛋白質(見圖三)形成的蛋白質結構是如何工作的,每種蛋白質對什麼而言是重要的,這些知識將有助于研究人員更清楚地理解胞吐作用所參與的癌症發生與轉移的過程,而蛋白質的奈米結構則會在此過程中被改變。

圖三、參與胞吐作用主要機制的結構模型,其中八種蛋白質(每種以不同的顏色顯示)結合而形成蛋白質複合物。

了解蛋白質複合物如何執行其細胞功能對生物醫學而言意義重大,因為內部工作中的改變會導致及影響疾病的發展。有了這個新的戰略,將有可能研究健康中與疾病中的細胞蛋白質組織。例如,可以看到病毒和細菌如何在感染期間使用蛋白質複合物,以及更清楚地理解導致疾病的複合物中的缺陷而能夠設計逆轉它們的新治療策略。

該技術可用於相對大的複合物。Gallego表示能夠看到5奈米的蛋白質複合物是一個偉大的成就,可是如果要能夠以原子級的尺度觀察到細胞內部,使體外技術可以應用 ,仍然還有很長的路要走。但他也認為未來的趨勢在於整合各種方法,並且結合每一種方法的力量去對蛋白質複合物進行研究。

此研究的合作者還包括瑞士日內瓦大學及西班牙塞維利亞安達盧西亞生物學中心的研究人員。

 

參考資料:

1. Lee Dubay, Super-rosolution microscopy helps enable 3D observation of protein complexes in live cells, Laser Focus World, Feb. 2017.

http://www.bioopticsworld.com/articles/2017/02/super-resolution-microscopy-helps-enable-3d-observation-of-protein-complexes-in-live-cells.html

2. Andrea Picco, et al., The In Vivo Architecture of the Exocyst Provides Structural Basis for Exocytosis, Cell, Volume 168, Issue 3, 26 January 2017, pp. 400–412.e18.

http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2017.01.004.

   
 
 
 
版權所有   國立臺灣大學電機資訊學院光電工程學研究所   http://gipo.ntu.edu.tw/
歡迎轉載   但請註明出處  
http://gipo.ntu.edu.tw/p16monthly.php