本所吳育任教授榮膺「傑出人才發展基金會第二屆飛躍講座 （專長領域：光電工程、元件物理、照明和能源科技）」，特此恭賀！

本所4月份演講公告：

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

【之四】

撰文：光電所碩士班 陳以佳

在比利時的第一個月（生活篇）

接續前一篇文章分享的比利時初期生活，本篇則著重分享在生活方面需要面對及適應的問題，包含食、衣、住、行各方面，以下列出幾個項目一一分享。

租屋：居住方面絕對是出國念書最先遇到的挑戰！要在需求大於供給的根特找到位置、機能、品質都不錯的租屋處難度頗高，尤其需要申請居留證就要確定租屋處的房東是願意讓你放居籍的（這很重要！）。我曾在先前的文章中提到常見的三個租屋管道：根特租屋FB社團、租屋網站（例如Immoweb）、房仲網站，看到有興趣的房源就直接寄信或私訊詢問並附上自己的簡介，根特市區內也隨處可見房仲掛的出租標誌（圖一的"TE HUUR"就是荷文「出租」的意思），唯一注意就是一定要確認房東、房源都沒有問題才可以匯款（詐騙真的很多，要小心）。位置上建議還是要靠近市區，再透過公車搭去稍微偏遠一點的光電系館上課，機能比較好。此外也強烈建議跟房東簽一年合約即可，避免後續退租產生爭議，比利時租屋不像台灣那麼隨和，合約是非常硬性且也比較複雜，房東的承諾若無寫在合約裡都是後來可以不作數的，從匯款、簽約、水電申請（水電也要確認是從自己合約開始日付款，以避免筆者的前車之鑑...）都需要謹慎確認有無問題再簽署，以保障自己的權益。總之，有過出國租屋的經驗後，人生的防範意識大概都會上升幾個層次，也算一種額外收穫。

電信網路：相較於台灣，比利時的電信申辦從不綁約（台灣大多都有24個月合約之類的，違約金也很高），較隨性與人性化。想換電信就隨時換，收費會依照當月使用比例計算。通常拿著護照就可以現場辦理了，甚至有些非實體商家的電信可以線上申辦然後寄sim卡到你家（或使用esim），真的非常方便。在此推薦我所使用的Mobile Viking，它就是網路申辦，費率優惠、客服處理問題也很快速。此外，不推薦Lyca，非常多人及我自己使用都遇到問題，最終付出的費用可能會付諸流水。

申根/當地保險：原則上在台灣若有辦好一年份的申根保險就沒有問題了，但缺點是若需理賠都得跨海申請、較為不便。為了雙重保險，筆者當初還是有再申辦比利時當地的居民保險方案（CM跟Helan兩間公司最有名），一整年下來的費用約需要300多歐元，但無收入的學生申辦後可以申請備註低收入戶身分（Verhoogde tegemoetkoming），之後在大眾運輸、看診等等事項上都有相當大的優惠且可直接減免，比起等待台灣的理賠方便很多。

居留證：居留證必須準備好保險證明^*註一及租屋合約才能順利申辦，上根特市政府網站申請並上傳所需資料，接著可能會收到來信通知補件或者前往市政廳實體交件（一律需上官網預約時間），最重要的步驟是等待警察來確認住址（也就是居籍），等待期間盡量不要亂跑才不會錯過還要重等。警察來時會要求出示護照及租房合約確定身分，完成後就只剩等候市政廳的行政流程了（大概再等2周以上）。筆者當時8月底遞出申請，9月初警察來訪，10月初就拿到正式居留證了，不過在拿到正式居留證前用護照上的學生簽證或臨時居留證（Annex 15）也可以在歐洲暢行無阻，不用擔心。

*註一：台灣或當地皆可，但若無台灣申根保險，在申辦居留證跟當地保險的同時可能會卡關比較久或者遇到踢皮球情況。

銀行開戶：比利時常見的實體銀行有ING、KBC等等，也有一些網路銀行。大部分實體銀行會要求要有居留證號碼後才能開戶，但筆者有實際去一間較小型的實體銀行BeoBank嘗試，對方通融讓我們用護照及租屋合約先行開戶，後續再補上居留證資訊，真的是非常幸運又感激，大家不妨也可以試試。而且BeoBank開戶的最簡易方案是免月費的，著實是一大優點。另外，透過筆者朋友的經驗分享，不建議使用網路銀行Hello Bank，雖然開戶簡單，但後續她遇到驗證問題處理非常久都沒有改善，甚至最後還被單方面解約，真的令人身心俱疲。

日常交通：根特的市區大眾運輸主要依賴公車與輕軌（圖二），由De Lijn公司營運荷語區，城市間的火車則是由SNCB營運（圖三）。兩間公司都可以下載app購票及查詢時刻表，也有年輕票或多張票的優惠，此外，先前提到的低收身分註記（Verhoogde tegemoetkoming）也可以在購買公車年票與火車票時有很大的優惠（幾乎是半價），可以多多利用。還有一個特別的地方是根特騎腳踏車行動的人非常多，路上甚至有特別劃設的腳踏車道路以便與行人、車子作區隔（圖四），通行優先度上永遠都是行人第一、自行車次之，再來才是汽車，因此也建議大家可以租一年的腳踏車使用或者購買一台二手的腳踏車代步。

日常採購：根特有許多大型的超市與商場，初來乍到時可以先去IKEA和Media Markt買家用品、小電器及家具；買菜的部分筆者最常去的是Albert Heijn（圖五及六，肉類新鮮、每週打折商品很優惠）、Aldi（偶爾有不錯的打折品，也有賣物美價廉的家用品）、Daily Asian Store（實體的小型亞洲超市）、Delhaize（品質也很好但價格稍高一點），比較少去家樂福（肉類腥味較重）；此外，Ochama（現在改名叫Joybuy了）也是很多人推薦的一個線上亞洲超市，從吃的到用的應有盡有、價格通常較低廉，筆者自己使用的頻率也很高。

以上就是我初到比利時第一個月的分享，一開始對生活周遭的一切感受很新鮮，久了多少也會有不習慣或受挫的地方，但這些經歷不論好壞都會化為成長茁壯的養分，使自己更加獨立並具備適應環境、查找方法去解決問題的能力，願所有學弟妹在EMSP計畫得到的不僅僅只是一個海外文憑，更多的是一年中積攢的寶貴經驗。【精彩內容，下期待續～】

撰文：光電所碩士班 林宇凡

我在根特大學最難忘的一門光電課

在根特大學（Ghent University）的光電所裡，如果有人問起哪門課最讓人印象深刻，我一定會推薦「光子積體電路」（Photonic Integrated Circuits, PIC）。這不僅是因為矽光子學（Silicon Photonics）在當今產業中是熱門顯學，更因為這門課的教授總能以一種極具個人風格的方式，給我們這些留學生留下難忘的期末回憶。在口試現場，教授會掏出三顆D20（二十面骰）來決定考題，那種混合了專業與遊戲隨機性的考核方式，讓每次考試都像是一場充滿未知的冒險，也成了我們私底下津津樂道的話題。

對於矽光子，或許大眾常有誤解，以為它是要徹底取代現有的電子計算，但在根特的研究氛圍中，我們更關注的是光與電如何攜手合作。這也正是我碩士論文的研究核心—光偵測器（Photodetector）。在我們所學的架構下，元件被細膩地劃分為兩類：負責電光轉換的「主動元件」，像是光源與我研究的偵測器，它們宛如光子與電子間的翻譯官；而純粹進行光導引、分束或干涉的「被動元件」，則維持了系統的純粹與精確。

實地投入研究後，我觀察到矽光子在製程上有其務實的一面。與追求極致線寬的先進邏輯製程不同，光學元件因為繞射極限的特性，並不需要最昂貴、最頂尖的產線，這使得許多已成熟的半導體製程設備能在矽光子領域繼續發揮作用，讓大規模量產變得更具彈性。而在材料的選擇上，根特的實驗室會依據光波長來佈局戰場：像是通訊領域慣用的1550 nm波段，矽材料無疑是首選；而當目標轉向生醫感測，需要處理800 nm左右的波長來激發細胞或藥物反應時，氮化矽（SiN）波導便展現了其應用上的優勢。

身處在根特與IMEC緊密結合的科研環境中，我感受到矽光子絕不僅是論文上那些冰冷的方程式，它是正在測試、下線，準備在未來改寫通訊與感測架構的實體元件。雖然在口試時被那三顆骰子擊中，有時確實讓人心跳加速，但這種紮實且充滿活力的學習過程，讓我確信這是一個充滿發展空間的領域，也讓我更期待自己能在這裡，為光電整合的未來貢獻一份心力。【精彩內容，下期待續～】

Performance Enhancement of P-type Tellurium Thin-Film Transistors via Ultralow-Temperature Deposition and Al₂O₃ Passivation

Professor I-Chun Cheng

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

臺灣大學光電所 陳奕君教授

Tellurium (Te), a group VI-A quasi-two-dimensional material, has recently garnered renewed interest as a promising p-type elemental semiconductor for transistor applications, owing to its relatively low processing temperature and excellent electronic properties. However, when Te is used as a transistor channel layer, rapid and uncontrollable nucleation during deposition often leads to the formation of small, randomly oriented crystals, which can degrade device performance. In this work, we demonstrate Te thin-film transistors (TFTs) with enhanced performance by depositing Te channel at ultralow temperature and introducing Al₂O₃ backchannel passivation. Fig. 1 shows the schematic diagram and optical micrograph of the inverted-staggered bottom-gate p-type Te TFT. The fabrication process began with the deposition of a 50 nm-thick Mo layer on a glass substrate, patterned via a lift-off technique to form the gate electrode. A 50 nm-thick HfO₂ layer was subsequently deposited by atomic layer deposition (ALD) to serve as the gate dielectric. The Te channel layer was then deposited by thermal evaporation at ultralow substrate temperatures, with its pattern defined using a lift-off process. A second 50 nm-thick Mo layer was deposited by DC magnetron sputtering and patterned to form the source and drain electrodes. Finally, a 10 nm-thick Al₂O₃ layer was deposited by ALD to serve as the back-channel passivation layer. Fig. 2(a) show the transfer characteristics of the Te TFTs with various channel thicknesses. The associated on/off current ratios and field-effect mobilities as functions of channel thickness are plotted in Fig. 2(b). A distinct trade-off is observed. As the channel thickness increases, the field-effect mobility improves, while the on/off current ratio decreases. The TFT with a 7 nm-thick channel exhibits a field-effect mobility of 18.1 cm²V^-1s^-1, on/off current ratio of 5.5 ´ 10³, and threshold voltage of 4.65 V. The grazing-incidence X-ray diffraction (GIXRD) analysis, shown in Fig. 2(c), confirms that the ultralow-temperature deposition promotes favorable crystallographic orientation (100), contributing to enhanced electronic transport properties. These results highlight the potential of Te TFTs for low-temperature processed CMOS applications, particularly in emerging fields such as flexible and wearable electronics.

Umbrella-like dual-axis mirror scanner fabricated with FDM 3D printing

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 present a low-cost mirror scanner design of umbrella-like architecture. The primary structures are 3D-printed using PLA (polylactic acid) as the material. A 400 mm² aluminum-deposited silicon chip is fixed on the mirror frame, which is part of the 3D-printed assembly, and serves as the reflective mirror. Miniature permanent magnets are embedded in the mirror frame so that the mirror can then be electromagnetically driven. Our latest-version scanner reaches optical scan angles of 7.8 and 7.4 degrees for the x- and y-scans at their resonant frequencies (37 Hz and 49 Hz), respectively. Under DC actuation, a full optical scan range of 10.1 degrees in the x- direction can be achieved when the voltage is tuned from +12 V (+0.089 A) to -12 V (-0.089 A). Additionally, we also demonstrate the integration of a mirror scanner with a smart phone camera to achieve a dynamic FOV (field of view).

© IEEE
Ming-Te Chiang, Yi-Wen Cheng, Wei-An Tsui, Pin-Hung Yeh, Ching-Kai Shen, and Jui-che Tsai, “Umbrella-Like Dual-Axis Mirror Scanner Fabricated With FDM 3D Printing and Its Application in Realizing a Dynamic FOV Camera,” IEEE Photonics Journal, VOL. 17, NO. 2, 6600506, Apr. 2025.

— 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、郭權鋒 —

以光在單次運算中完成矩陣乘法

光學計算過去主要侷限於向量–矩陣乘法，而矩陣–矩陣運算則需依賴波長分割或時間分割多工（wavelength or time-division multiplexing）技術，導致能效與速度下降。近期研究人員提出一種自由空間光學方法，突破上述限制，得以在單次光學操作中並行實現矩陣–矩陣與張量–矩陣乘法。

加速線性代數運算乃現代計算的核心。一般矩陣乘法（General matrix multiplications, GEMMs），即對M × N矩陣A、B、C及純量α、β執行αAB + βC的操作，是多層神經網路之數學過程中的基本構件。矩陣乘積AB長期以來是運算瓶頸，因其涉及乘法與加法兩個步驟（乘加運算），難以在單一步驟中完成。數十年來，光學被視為一種高效執行矩陣–矩陣乘法的平台，因光的固有並行性可望支持大規模運算。

現有方法包括：利用繞射或空間光調制器（spatial light modulator）的自由空間光學，以空間自由度實現大規模並行；基於光子積體Mach–Zehnder干涉儀網格，用於晶片上可程式化同調處理；光子積體交叉陣列，用於非同調的記憶體內計算，或對實數與複數輸入進行同調乘法；以及基於波長分割多工的微環陣列，用於緊湊的光譜加權。此外，亦有提出混合數位–類比架構，以結合光學乘法與電子精度修正。上述平台共同展現了邁向可擴展且高能效光學加速器的潛力；然而，這些平台皆缺乏以可擴展方式執行任意單次矩陣–矩陣乘法的能力，而往往依賴序列或迭代的向量–矩陣，甚至純量–純量乘法計算。即便少數能進行單次GEMMs的展示，其方法亦是透過光譜並行化矩陣–向量乘法，進而增加系統複雜度。

在Nature Photonics上，Yufeng Zhang、Xiaobing Liu及其同事提出了一種平行光學矩陣–矩陣乘法（Parallel optical matrix–matrix multiplication, POMMM）框架[2]，可於單次同調光傳播中完成運算。如圖一所示，該次的概念驗證展示代表了邁向可擴展光學處理器的重要一步，並顯示結合多種光學自由度能夠實現超越電子硬體的計算能力。作者藉由在三維空間中運用傅立葉光學，以及光的振幅與相位，有效地將複雜的數學操作（矩陣–矩陣乘法）映射為一個優雅的成像問題—這一問題在光學領域具有獨特的適配性。

此方法的優勢可分為兩方面。首先，資訊的傳輸在自由空間中透過空間光調制器（SLM）所產生的固定相位偏移與成像透鏡的組合來實現，從而具備低傳播損耗並可望在未來擴展至具技術相關性的問題。其次，此方法能在單一時間步驟、且僅依賴單一光源下完成完整的矩陣–矩陣乘法，因而在無需波長分割多工額外複雜性的情況下，實現大規模計算並行性。此種效率、可擴展性與並行性相結合並應用於一般矩陣乘法這一基本問題，對於人工智慧未來所需兼具三者特性的時代具有重要意涵。

Zhang、Liu及其同事利用由商用元件組成的POMMM原型，展示了各類基於圖形處理器（GPU）的神經網路架構之直接光學部署，包括卷積神經網路與視覺轉換器。在實驗推論中，其準確率僅比GPU低0.3–3%，但在MNIST資料集（美國國家標準與技術研究院所建立之大型手寫數字資料庫，常用於各類影像處理系統的訓練）測試中整體表現仍高於90%。此外，該原型的能效達到每焦耳26.2億次運算，約為Nvidia A100 GPU能效的百分之一。

然而，Zhang、Liu及其同事預期，透過採用高效能硬體—例如先前已在類似光學計算任務中展示的VCSEL技術—將能達成高達七個數量級的能效提升。該研究進一步透過多波長處理驗證了POMMM在更複雜神經任務中的可擴展性，並展示了於可見光譜中三個波長下的單次張量–矩陣運算。雖然研究團隊已進行較大矩陣的模擬，但目前最大之實驗展示仍受限於50 × 50矩陣。

雖然此研究針對先前光學計算架構所面臨的關鍵挑戰提出了解決方案，但其現有實作仍存在顯著的權衡。首先，儘管Zhang、Liu及其同事採用同調光源來編碼與分配資訊，計算仍侷限於無符號實數整數（連續值縮放於0至+1之間），不同於其他同調架構能同時利用振幅與相位在複數平面中高效地編碼與運算。Zhang、Liu及其同事選擇以相位來編碼路由資訊，而非數值資訊，因此其平台需在SLM上額外配置空間元件，以便編碼有符號與複數值。

第二項權衡在於自由空間光學元件相較於積體平台的使用。雖然利用三維空間是實現單波長單次GEMM的核心設計選擇，Zhang、Liu及其同事以製造難度與佔用面積上的挑戰，換取了路由簡化與可擴展性。第三項限制則在於使用商用SLM進行資訊編碼。雖然每次GEMM運算確實快速且高效，但輸入矩陣更新以執行新運算的速率受限於SLM的幀率—通常為百分之幾秒至千分之幾秒。最後，矩陣規模仍偏小，在實際應用中可能需透過分塊（將大矩陣拆解為小矩陣）來處理，因而使單次運算的低延遲優勢喪失於逐塊序列處理。

然而，透過接受這些權衡，作者為光學計算社群提供了一種新穎視角，無疑將引領針對上述挑戰的創新解決方案。例如，未來平台的實作可望結合干涉或偏振與差分檢測，以實現乘加運算，從而支援正值與負值的數字計算。高速調制器與自由曲面輸出耦合器的晶片上整合，則有望克服現有SLM在輸入矩陣編碼上的速度限制。客製超穎表面甚至可能解決成像光學與相位SLM的大面積佔用問題，進而形成緊湊的自由空間光學加速器，充分利用奈米製造技術的進展。透過創新地利用光學自由度展示單次矩陣乘法的可行性，本研究建立了一種具說服力的方法，將激發新一代光學計算架構的發展。