第201期 2023年11月刊
 
最新消息與活動公告 │ 所務公告及活動花絮
教師研究成果專欄 │ 光電所博士班應屆畢業生研究成果專欄 │ 光電要聞
 
 
發行人:吳育任所長  編輯委員:曾雪峰教授  主編:林筱文  發行日期:2023.11.30
 
 

本所教師指導碩、博士生榮獲以下各獎項,特此恭賀!

獲獎學生 獎項 指導教授

劉原銘(博士生)

陳禹樵(碩士生)

范淯城(碩士生)

MRS-T 2023華立創新材料大賽金質獎

劉致為

楊少波(博士生)

The 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14) Best Student Award

楊志忠

李昊(碩士生)

The 14th International Conference on Nitride Semiconductors (ICNS-14) Best Student Award

吳育任

王泰昂(博士生)

TSBME 2023 生物醫學工程科技研討會海報論文競賽特優

李翔傑

程寅伸(博士生)

TSBME 2023 生物醫學工程科技研討會海報論文競賽佳作

李翔傑

 

本所吳育任教授、姚力琪小姐、簡璟小姐代表本所參加電資學院隊,榮獲本校112學年度(74屆)全校運動會教職員工組1200公尺混合接力賽第三名,特此恭賀!

 

本所12月份演講公告 :

 

日期 講者 講題 地點 時間
12/08 陳威宇執行長
元盛生醫電子股份有限公司

待定

博理館
101演講廳
14:20~16:00

 

 
 

~ 光電所所屬實驗場所小型緊急應變演練 ~

(時間:112年11月1日,下午2:30~3:00)

整理:簡璟

演練地點:電機二館334A、334B室

演練內容:

本次演練主要目的為使人員在實驗室意外災害事故發生時各司其責,採取正確而有效方式控制災害,並落實實驗室人員具備緊急逃生之觀念與方式,以提高緊急狀況時的應變能力。

下午2時30分於電機二館334A、334B實驗室,假設學生進行實驗時,發生電線走火火災意外,學生緊急通報所辦公室人員。本所人員接獲通報後,即刻聯繫館舍電機系辦人員協助廣播疏散全館;並緊急分組編派人員:於出口引導疏散人員儘速遠離館舍、協助火勢控制、進行滅火、設置人員禁止進入標示、設置救護站協助受傷同學、於集合區清點確認疏散人員名單。所辦人員同時持續緊急聯繫電機二館334A實驗室負責教師(陳奕君教授)、所長(吳育任教授)及本所環安衛委員(林建中教授)前往電機二館南側出口廣場前集合;由所長、環安衛委員掌握現場狀況並進行指揮調度,確核實驗室全部人員疏散完畢,順利完成此次疏散演練。

此次疏散演練加強了大家在意外發生時,能即時進行緊急通報及疏散的觀念。感謝教師、同仁及同學們的全力配合。

圖一、電機二館334A實驗室發生火災進行初步滅火

圖二、電機二館334A實驗室通報所辦人員

圖三、所辦人員接獲通報,即刻通知電機系系辦人員及相關人員

圖四、系辦人員進行館舍廣播

圖五、事發實驗室敲門告知附近實驗室人員疏散

圖六、實驗室人員進行疏散

圖七、引導人員疏散

圖八、設置人員禁止進入標示

圖九、設置救護站,協助擦傷同學救護

圖十、人員疏散至南側出口集合區確核疏散人數並進行延長線使用宣導

圖十一、學生報告實驗室處理狀況

圖十二、向指揮統籌教師們報告事件處理狀況

 

 
 

Low-Cost 3D-Printed Large-Area 1-DOF Scanners

Professor Jui-che Tsai

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 蔡睿哲教授

We have developed 3D-printed 1-DOF (one torsional axis; 1 degree of freedom) optical scanners with large mirror areas (up to 20 × 20 mm2). Each device consists of an aluminum-coated square silicon substrate serving as the mirror, two miniature permanent magnets, an electromagnet, and a 3D-printed structure including the mirror frame, torsion springs, and base. One device can reach a static half optical deflection angle of 14.8 deg. at 12 VDC; this particular device exhibits a mechanical resonance frequency of 84 Hz. These scanners can be a potential, low-cost alternative to the expensive conventional galvanometer scanners.

 

(a)

(b)

Fig. 1. (a) Device with a 20 × 20 mm2 mirror area (Device A). (b) Static characteristics: optical half angle θhalf vs. dc voltage for different devices.

Shen, C.-K.; Huang, Y.-N.; Liu, G.-Y.; Tsui, W.-A.; Cheng, Y.-W.; Yeh, P.-H.; Tsai, J.-c.*, “Low-Cost 3D-Printed Electromagnetically Driven Large-Area 1-DOF Optical Scanners,” Photonics, vol. 9, no.7, 484, Jul. 2022.

 

Carrier localization in III-nitride versus conventional III-V semiconductors: A study on the effects of alloy disorder using landscape theory and the Schrödinger equation

Professor Yuh-Renn Wu's Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 吳育任教授

Semiconductor devices often necessitate the practice of band-gap engineering, a process that involves the utilization of alloys and the fine-tuning of their composition to achieve the desired electrical or optical characteristics. While deviations in composition are typically considered minor perturbations in conventional III-V semiconductors, the impact of alloy disorder is significantly more pronounced in III-nitrides. This study aims to compare the influence of alloy disorder on carrier localization, focusing on various III-V semiconductors, particularly with regard to holes, where localization effects are more pronounced due to their greater effective mass.

To conduct this investigation, we employ three-dimensional computational methods for III-V alloys featuring natural (random) compositional fluctuations. Given the intricacy of the problem, our computations are based on a simplified Hamiltonian within the envelope wave-function approximation, focusing on a single heavy-hole valence band. We explore the impact of compositional fluctuations on carrier localization using two distinct approaches.

The first approach leverages the localization landscape theory, allowing us to solve the localization landscape equations and derive the effective potentials that act upon carriers. These potentials serve as confining forces, predicting the spatial regions where carriers are most likely to be localized. This enables a comparative analysis of the effects of alloy fluctuations between conventional III-V and III-nitride semiconductors. Notably, we observe that the effective potential in III-nitride semiconductors exhibits considerably larger fluctuations compared to other III-V semiconductors, potentially indicating a higher degree of carrier localization in nitrides, particularly for holes.

To validate this observation, we employ the second method, solving Schrödinger's equation to determine the electron and hole wave functions. Our findings reveal that in InxGa1−xN, electron wave functions tend to be delocalized, even in the ground state, while low-energy hole states exhibit localization. This contrasts with the behavior of holes in the common alloy InxGa1−xAs, where they are consistently found to be delocalized. Thus, our study underscores the significance of accounting for alloy disorder in nitride semiconductors.

 

This work is published in Phys. Rev. Applied, 20, 044069 (2023).

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.20.044069

 

Fig. 1. (a) 2D sectional maps of CBM and VBM for different semiconductor alloys in an x-y plane in the middle of the structure. Maps of compositional fluctuations are not shown as they are the same for random alloys with the same relative composition (30% here), except for In0.5Ga0.5P with 50% composition. The zero-energy references for Ec and Ev are, respectively, the minimum and maximum values of band extrema for a specific realization. (b) 2D cross sections of the corresponding effective potentials computed by the LL equations. Compare the size of effective energy fluctuations with those of the originating band extrema energy fluctuations (note the different energy scales). The left and right color bars correspond to each column of the sectional maps.

 

 
 

論文題目:石墨烯於半導體後端製程的應用

姓名:黃健治   指導教授:吳志毅教授

 

摘要

我們使用低溫成長技術在金屬導線上形成石墨烯層,以利用其獨特的特性來降低金屬互連的電阻。實驗結果證明,石墨烯的覆蓋不僅可以降低金屬互連的電阻,還可以提高其能承受的最大電流密度。此外,石墨烯的覆蓋還增強了金屬互連的表面活化能,從而延長了其電致遷移的壽命。

同時考慮了使用多層石墨烯來替代傳統的金屬互連。多層石墨烯獨特的特性使其免受到導線微縮導致電阻率增加的影響,因此被視為半導體後端互連的理想材料。然而,製造高品質的多層石墨烯仍然是一個挑戰。為此,我們提出了一種新方法,能夠迅速生長高品質的石墨烯,並能夠精確地控制其層數。結合插層技術,我們成功地降低了多層石墨烯的片電阻,使其電阻率接近於銅。這為多層石墨烯替代傳統的金屬互連帶來了重大突破。此外,要將其實際應用於半導體後端製程,金屬與石墨烯互連的接觸電阻至關重要,因此我們深入研究了如何降低金屬與石墨烯互連的接觸電阻,並提出了幾種有效的方法。在研究的最後部分,我們還結合了其他過渡金屬二硫化物來製造范德瓦電晶體,並成功證實了透過范德瓦接觸可以解決釘扎效應的問題。

圖一、石墨烯覆蓋金屬互連耐久度提升4.5x

圖二、石墨烯的片電阻使其電阻率接近於銅

 

 

 
 

— 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、黃茂愷 —

非厄米規範雷射陣列

非厄米表皮效應(non-Hermitian skin effect, nHSE)是一種在具有虛數規範場(imaginary gauge field)的非厄米系統(non-Hermitian system)中發現的拓撲現象,為一種在開放邊界上積累巨觀數量邊緣態的系統。它之所以引人關注,是因為其產生指向的各向異性傳輸和相位鎖定在理論上都能夠實現,而且也對於擾動和動力學不穩定性具有強韌性。因為這些有趣的特性的啟發,來自美國和印度的Zihe Gao及其合作者,現在展示了一個二維(2D)雷射陣列,它扮演了一個非厄米規範的雷射陣列(non-Hermitian gauged laser array, nHGLA),在晶片上具有可重新配置(reconfigurable)的非對稱耦合(Z. Gao et al., Phys. Rev. Lett. 130, 263801; 2023)。

這個非厄米規範雷射陣列(nHGLA)是由一组200奈米厚的InGaAsP多重量子井的微環雷射组成(如圖一所示)。微環的内半徑為3微米,寬度為600奈米。為了引入最鄰近的微環腔之間的非對稱耦合,它們被螺旋形的耦合臂連接著。

 

圖一、非厄米規範雷射陣列之掃描電子顯微鏡照片

當nHGLA受到脈衝雷射(波長1,064奈米,脈衝持續時間8奈秒)激發時,每個微環腔產生兩個退化的雷射模態,分別在順時針和逆時針方向,被視為擬自旋(pseudospin)。為了萃取雷射模態的光,而且實現超快且可控的非良好定義的規範場,該研究中在微環的內側壁上刻製了週期性的散射體,並透過使用空間光調制器,對每個擬自旋進行了非對稱的光學激發,從而破壞了它們之間的耦合對稱性。

 

  圖二、實現一個2X2可重新配置之非厄米規範雷射陣列

nHGLA的相位鎖定是透過單向耦合實現的。當虛數規範場在x和y方向均具有單向耦合且均勻時,nHSE會產生了角模態。然而,當虛數規範場在二維晶格中改變方向時,nHSE會產生局限於領域邊界的界面模態。

光學模態的局部化程度隨著耦合臂中的放大而增加。此外,虛數規範耦合所帶來的放大也對總輸出功率的增加有所貢獻,超越了未耦合環的簡單的加總。

該平台有望可以實現一個可重新配置與高亮度的光源架構。

 

參考資料:

Noriaki Horiuchi, "Non-Hermitian Gauged Laser Array," Nature Photonics 17, 740 (2023)
https://doi.org/10.1038/s41566-023-01282-1
DOI: 10.1038/s41566-023-01282-1

參考文獻:

Z. Gao et al., "Two-Dimensional Reconfigurable Non-Hermitian Gauged Laser Array," Phys. Rev. Lett. 130,  263801 (2023)
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.263801
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.263801

 

 
 
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