本所教师研究团队荣获「国科会2026未来科技奖」，特此恭贺！

～ 2026 暑期大学生光电营 花絮报导 ～

（时间：2026年8月4日至6日；地点：台湾大学博理馆）

花絮整理：蔡佩璇

国立台湾大学光电工程学研究所于8月4日至6日举办「2026暑期大学生光电营」。为期三天的活动安排专题演讲、实验课程、实验室导览及企业参访，内容涵盖XR、人工智能、太空光伏、高频组件、硅光子与光通讯等主题，让学员从理论、实作到产业应用，认识光电领域的研究方向与未来发展。活动期间所上每日也准备了丰盛的午餐与点心，让学员在紧凑的课程之间补充体力，并利用用餐时间彼此交流。

第一天上午，学员陆续于博理馆113教室完成报到。开幕式由蔡睿哲所长致词，并透过光电科技简介，带领学员认识光电领域的研究范围及相关应用，为本次营队揭开序幕。随后林晃岩教授以「硅基空间光调制技术于XR与AI之应用」为题，从硅基空间光调制技术出发，介绍其在XR显示与人工智能中的应用，使学员对课堂中的光学概念及实际技术之间的关联有更具体的认识。

第一天下午的活动以分组跑关方式进行，学员分成四组，轮流参与黄定洧教授与林晃岩教授的实验课程，以及两间研究实验室的导览。上午仍在教室里认识技术，下午便能直接看到实验装置与研究环境，许多问题往往要等到真正看见光路、接触设备后才会浮现，学员也趁着操作与参观的机会，向老师、助教及实验室成员询问，整个下午在不同场域间轮替，节奏虽然紧凑，现场讨论却十分热络。

第二天上午安排两场专题演讲。首先由黄奕腾教授以「Powering the Next AI Era: The Promise of Space Photovoltaics」为题，分享太空光伏技术与AI时代的相关研究。接着黄建璋教授以「高频组件、硅光子及在AI的应用」为题，介绍高频组件与硅光子技术的发展及应用。两场演讲分别从能源与组件技术切入，带领学员认识光电科技与AI发展之间的关联。

上午课程结束后，全体学员搭车前往竹南，参访镎创显示科技股份有限公司。透过企业简介、技术介绍及现场交流，学员认识显示技术从研究开发、制程设计到量产应用的过程，也更进一步了解目前显示产业的发展方向与人才需求。对于正在思考未来升学或职涯规划的学员而言，此次参访提供了接触产业现场的机会，也让课堂中所学的技术有了更实际的对照。

第三天回到博理馆后，上午由黄定洧教授主讲「突破AI运算的数据传输墙－硅光子技术」，接着由翁祖楷博士以「从光通讯到全光网络」为题，介绍光通讯技术的发展。经过前两天的课程，学员已接触过AI、高频组件及硅光子，这两场演讲则进一步将各项主题串联起来，说明硅光子如何响应AI所带来的庞大数据传输需求，以及光通讯未来可能延伸出的网络架构。

午后，活动的主角任务交到学员手中。各组回顾三天接触到的课程、实验及企业参访内容，分享印象最深刻的环节与参与心得，透过不同组别的分享，学员也能从彼此的观察中，再次整理这三天的所见所学。心得分享结束后，所上安排「Kahoot！」实时问答活动，让学员在轻松热络的气氛中复习课程内容。三天活动过程中，各组队辅全程陪伴学员，协助行程引导及各项活动进行，使营队得以顺利完成，活动最后举行结业式，学员领取结业证书后与队辅合影，为本次营队留下珍贵纪念。

三天的营队很难涵盖光电领域的所有内容，但足以让一个原本陌生的研究方向有了轮廓，真正留下来的，或许不只是某个公式或技术名词，而是第一次看见光电从课本中走出来，成为实验室里的装置、芯片中的组件，以及产业正在发展的技术。活动最后在综合问答、颁奖及结业式中落幕，也为这三天学习与交流留下完整纪录。

～ 光电所参与欧洲 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划 系列报导 ～

【之九】

撰文：光电所硕士班 陈以佳

下学期的修课

上一篇专栏和大家分享了上学期的修课体验，本篇将焦点转向下学期的两门核心课程，以及重头戏—占了整整一年一半学分的硕士论文时程。在根特大学，下学期的步调相对精实，我的安排是两堂课共8学分，加上贯穿全学年的实验课4学分。以下直接带大家来看这几堂课的详细内容！

Micro- and Nano- photonics semiconductor device

这门课的内容着重在各种光电组件的物理：从最基本的马克斯威尔方程与波函数开始讲起，利用波函数和晶体的特性结构，慢慢推演出能带的概念以及光子与电子的交互作用，最后利用这些原理去解释诸如photodetector以及激光等光电组件的运作物理。整体来说是一堂内容非常多的课，章节非常多，需要大量的自学。

这堂课分为三部份计分，首先是平时练习题的分数，也就是课本每章节最后的练习题，这部分占比不大（10/110），且不需要每题都写，只要写一部分，每周寄给老师就可以拿到分数，主要是为了鼓励平时的学习。另两个占大宗的是课程专题和期末考试：专题两人一组，内容是使用Nextnanomat这款仿真软件仿真Quantum well的波函数与能级，并计算多层Quantum well间距以及stress造成的影响，这部分占比为40/110；期末考则再细分为笔试和口试两部分，共占60/110。笔试采取open book的方式，题目为课本后面的习题，多多准备就会有收获。口试在笔试后直接进行，会要求你解释笔试的答案、专题报告的内容，并且抽考你对课本上随机一张图表的理解，这种面对面口试的部分可就刺激了，他会一直追问到你答不出来为止，非常有趣。

这堂课让我扎实地从理论开始了解平常PIC常用的主动组件运作原理，让我更加了解以前所使用或学过的组件。

Photonics integrated chips

接下来要谈到的这堂课就是个热门的课程了，大部分的同学都会修，也是根特大学光电所主要发展的方向。课程内容可以说是把PIC相关的知识都包了，从光学原理、主动被动组件到platform、材料、制程……等，全部都有提到，是很好的导论课程，目标是让学生从大方向上了解整个硅光子的产业。

就如同大部分根特的课程一样，这堂课也分为专题和期末考两个部分：

专题要求用python IPKISS的模块，在Jupyter一个共享的服务器上，搭建个人的PIC layout。IPKISS是由Luceda开发的PIC Layout模块，用途是利用IPKISS内建的数据库，搭建组合出我们想要的PIC电路，系统里还包含了auto-route、DRC check、光谱仿真等功能。我们会设计几种相似的电路，并改变其中的参数，以讨论参数带来的频谱变化。Layout画完之后，助教会把它做出来，并且让我们量测其光谱，以比较与模拟的差异。

而期末考也分成两个部分，首先是笔试，考的就是课程的内容，共二十几题，基本上从头到尾都有考到。而口试就有趣了，教授会让你丢骰子（1d6*1d20）来决定考题，共考三题，运气决定了你的生死。

在这堂课中，我学习到了PIC全面向的设计流程与基础知识，让我对这个领域更加熟悉，对于我现在的工作也非常有帮助。

Master thesis

最后要提到的就是占这一年一半学分的硕士论文了。在上学期的开始，负责的教授便发了一份文件给我们，内有所有这学年可以选的硕士论文题目以及motivation等，若是有兴趣，便可以依据上面所附的连络信息询问题目的指导教授或博后，若是指导教授同意，便可以于UGent的系统Plato上登记硕士论文题目。但是题目的公布是在前一学年的中间，导致有部分题目会提前找到学生而让硕二才入学的我们无法做选择。选完题目后，便可以开始做硕士论文所需的仿真、实验收集数据了，许多指导教授会在学年中间（约台湾寒假）左右，让你练习硕士论文口试，也就是稍微正式地将目前的研究成果向实验室内部的同侪报告，就如同预口试一般，内容包含了动机、原理等等。

时序来到下学期，与台湾不同的是口试举行时间，通常台湾各个学生于不同时间独立举行口试，根特的defense是固定时间一起进行的，场次有六月和九月两场，可以根据进度选择时段，六月的defense为期两天，一天在VUB、一天在UGent，并且相当正式，许多人都会穿西装参加，就有如一场conference。讲者们（也就是参与口试的同学）会依序上台报告，而报告完后教授们会出场讨论后决定口试分数。大部分同学都会参加六月的口试，若要九月再口试，就会跟台湾一样，一个人站在会议室里，面对台下3至5个教授的考验。需要注意的是，硕士论文在口试前两周就要写好上传到Plato系统里，且没有像台湾一样口试后修改硕士论文的环节。硕士论文的格式也需要多多注意，与台大主要参照各实验室模板不同，根特的硕士论文有统一的格式，建议直接下载Ugent thesis的Latex模板，以避免格式错误的问题。而根特的毕业典礼会于九月的口试也结束后才举办，故若是六月口试完就回台湾，就无法参加了，硕士袍会免费借你穿，还会送一顶帽子，可以当作不错的纪念。【精彩内容，下期待续～】

High-Resolution Temperature Sensing for Human Health Using Si-Photonics Technologies

Professor Ching-Fuh Lin

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林清富教授

Accurate and non-contact temperature sensing is important for healthcare monitoring, smart sensing systems, and thermal imaging, particularly in the human-body-temperature range where small temperature variations must be reliably distinguished. Conventional infrared thermal sensors often require specialized materials or complex device architectures. In this work, we investigate a silicon-compatible approach based on Cu/p-Si Schottky hot-carrier photodetectors with periodic inverted-pyramid structures (IPSs) for detecting blackbody radiation from 35 to 42 °C. Under reverse bias, the electric field near the metal–semiconductor interface promotes carrier transport and enhances the photothermal response associated with hot-carrier relaxation. The inverted-pyramid geometry further modifies the optical-field distribution at the Cu/Si interface and, together with localized surface plasmon resonance (LSPR), promotes hot-carrier generation and improves the temperature-dependent response.

To quantitatively evaluate the detector response, the transient current slope was extracted using local linear regression and used as the sensing metric. Reverse bias produced a substantially stronger temperature-dependent response than forward bias. For the planar device at 42 °C, the response at −0.3 V reached 52.548 µA/s, approximately 2.6 times of that at +0.3 V and 3.8 times that at +0.5 V. After introducing an 8 µm IPS, the response under −0.3 V nearly doubled compared with the planar device, increasing from 7.631 to 15.563 µA/s at 35 °C and from 52.548 to 103.387 µA/s at 42 °C. The enhanced response enabled clear discrimination of controlled 0.1 °C source-temperature steps.

The dimensions of the inverted-pyramid structures were also found to play an important role in the sensitivity. As the IPS size increased from 8 to 14 µm, the response increased from 15.563 to 21.074 µA/s at 35 °C and from 103.387 to 162.960 µA/s at 42 °C. Linear fitting over 35–42 °C yielded sensitivities of approximately 12.20, 13.57, 16.37, and 20.60 µA/s°C for the 8, 10, 12, and 14 µm IPS devices, respectively. These results demonstrate that engineering the surface microstructure provides an effective means of tailoring the optical-field distribution and hot-carrier response, thereby improving the performance of Cu/p-Si Schottky detectors for low-temperature thermal-radiation sensing.

Device miniaturization was further demonstrated using a 3 mm × 3 mm detector with 14-µm IPSs. Under a −1 V bias, the miniaturized device maintained a clear temperature-dependent response, with the current slope increasing from 0.771 µA/s at 35 °C to 4.725 µA/s at 42 °C. Despite the substantial reduction in device area, the detector retained the ability to discriminate controlled 0.2 °C source-temperature steps. Overall, the Cu/p-Si platform combines room-temperature operation, silicon-process compatibility, microstructure-enhanced thermal-radiation response, and strong potential for device miniaturization, highlighting its promise for compact non-contact temperature-sensing applications.

Ultra-Thin Ferroelectric Capacitor with 1.2 V NVSRAM Application

Professor Chee-Wee Liu

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 刘致为教授

Scaling Hf_1-xZr_xO (HZO) films to <5 nm typically induces severe polarization degradation and high leakage. In alignment with this trajectory, our group resolved these constraints by fabricating 3 nm HZO capacitors on b-W electrodes (Figure 1 (a)) using an initial solid-phase epitaxy (ISPE) method for larger crystallization of the orthorhombic (o-) phase in HZO and water quenching to reduce leakage current by four orders of magnitude (Figure 1 (b)). This resulted in a low operating voltage (V_OP) of 0.55 V while still maintaining 2 Pr = 29 mC/cm², exceeding the 2023 IRDS target (Figure 1 (c)), and a record 2 P_r/V_op ratio of 60 (Figure 1 (d)). Furthermore, we demonstrated low-operating-voltage non-volatile SRAM (NVSRAM) (Figure 2 (a)). Integrating 3.5 nm ferroelectric capacitors via standard routing enables complete data store and recall operations at 1.2 V. This closely matches the required non-volatile store voltage directly to the regular SRAM V_DD, successfully eliminating conventional operational voltage mismatches (Figure 2 (b))^[1].

Reference:

[1] Yu-Tsung Liao et al., IEDM 2025

论文题目：氮化镓功率组件之电性与可靠度分析：由垂直式金氧半场效晶体管之准饱和效应至p型高电子迁移率晶体管于高频操作下之阈值电压不稳定性

姓名：张致纲   指导教授：黄建璋教授

摘要

近年随着人工智能服务器对48V电源架构的需求遽增，氮化镓p型高电子迁移率晶体管凭借其优异的中低压耐压特性与兆赫兹等级的高频切换能力，已成为该转换电路中的关键组件。然而该组件在高频动态应力下会发生阈值电压飘移，进而大幅增加导通电阻并降低系统转换效率。本研究旨在透过追踪组件在承受动态脉冲应力后，其阈值电压偏移量随时间恢复的瞬时曲线，并采用双指数函数拟和以分解并分析造成阈值电压偏移的物理机制。 透过调变动态脉冲应力的操作频率，以及独立控制脉冲的导通时长和关断时长，并进一步分析双指数函数的时间常数和阈值电压偏移量后，分解出两大造成阈值电压偏移的物理机制：p型氮化镓层里的电洞缺乏效应和氮化铝镓位障层内的电子陷阱捕捉。实验结果表明，在较高的操作频率下，更短的导通时长会限制电洞的回补，进而导致阈值电压偏移量的增加。结果也显示，当电洞缺乏更严重时，不仅会使阈值电压偏移量增加，也会引发更强的内建电场，进而加速电洞的回补与电子释放，展现出高频操作下反而加速阈值电压恢复的现象。 图一、阈值电压偏移随恢复时间的变化与双指数函数拟和之结果。显示了动态应力的频率增加会导致阈值电压偏移的增加。 图二、高频应力使电洞缺乏更严重，建立了更强的内建电场，进而使电动回补的速率变快，加速了阈值电压恢复。

— 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、郭权锋 —

球状闪电是否为相对论孤子？

球状闪电的本质尚未完全明了。有研究提出，其可能源于一种稳定的电磁能量团，即所谓的孤子（soliton）；然而，此类结构通常仅存在于微观尺度。近期，高功率激光实验已成功产生毫米级的相对论孤子，显示此类结构确有可能解释球状闪电现象。

解释球状闪电形成的主要假说之一，源自莫斯科物理问题研究所（Institute for Physical Problems in Moscow）卡皮察（Pyotr Kapitza）于1955年提出的早期模型。该模型认为，在闪电击中时，快速电子束被加速并产生微波辐射（如图一a）。近期，浙江大学聚变理论与模拟研究所的Hui-Chun Wu进一步扩展此模型，探讨由常规闪电产生的电浆中，电磁场自组织所导致的电磁能量空间局限，进而形成孤子。Wu的尺度分析显示，微米级孤子的已知性质在原理上可外推至厘米级结构，并能对其电磁与辐射特性作出定量估算，包括由受困场加热离子所产生的辐射—这些特征与雷暴观测结果相符。虽然相对论孤子已在激光电浆中得到深入研究，但迄今尚无实验证据表明类似结构能在更大空间尺度下存在，并由不同物理机制生成。

在Nature Photonics发表的最新研究中，Zhou等人报导了一项实验：飞秒级高强度激光脉冲照射于一根细小的钨奈米线（图一c）。激光脉冲加速电子，进而激发表面电磁波—具体而言，即表面电浆极化激元（surface plasmon polariton）。此一机制是激光与固体靶材相互作用的典型特征，并已知能产生高阶谐波。最终，它沿着奈米线导引出一个近似单周期的强烈电磁脉冲。

电磁孤子的产生与球状闪电物理密切相关，并展现多种非线性效应，包括破裂波（wave breaking）（类似于海浪在岸边破碎）以及波频率对振幅的相对论依赖，进而导致绕射的相互抵消。在特殊相对论极限下，电浆中传播的电磁波振幅增加会导致频率下降，此现象称为非线性频率下移。该下移使得电磁波能够被困于自形成的共振腔中。由此，孤子既可以在长距离传播而不失真，也能在局域范围内长时间保持结构稳定，这一点已在实验中得到明确证实。

在奈米线的锥形末端，表面电浆极化激元产生一个缓慢膨胀的球状、毫米尺度的发光结构—孤子（图一b），其后演化为后孤子（post-soliton）（图一d）。当相对论强度的电磁波在电浆中传播时，其部分能量会转化为孤子，而孤子包含了电磁波能量的显著比例。随后，在辐射压力的作用下，电浆被向外推挤，形成缓慢膨胀的腔体，该腔体在离子与电子密度分布中保留了电磁场。这些规则结构可在离子密度分布中观测到，并伴随光子与带电粒子的辐射。其内部电磁场于兆赫兹频率范围内振荡，测得的寿命约达100奈秒。

该实验展示了孤子在奈米线尖端形成并转化为后孤子的过程，其能够保持局域化，原因在于基态孤子模具有零群速度。此种静止行为与自然球状闪电缓慢漂移的报导相符，其运动主要受环境风场平流作用所支配。作者同时提供了光谱测量结果，揭示了辐射冷却的动态过程，这是建立球状闪电热力与辐射特性模型的关键要素。观测到的结构形态与冠状放电（如尖锐导体端点的圣艾尔摩之火（St. Elmo’s fire））明显不同。综合证据强烈支持其作为相对论电磁孤子的诠释，且其尺度比典型相对论激光电浆中所产生的孤子大了数个数量级。

研究团队进一步探讨了当电浆中辐射压力与热压力的平衡被打破后，孤子随之崩解所产生的辐射。其高能光子辐射可达10 keV，与相对论兆赫兹孤子的粒子模拟结果相符，同时在质性上再现了自然球状闪电所观测到的紫外与X射线辐射。

虽然Zhou等人的研究尚未完全再现球状闪电的全部特性，但在生成机制、动态行为与观测表征方面，已提供了令人信服的原理性验证（图二）。该研究确认孤子参数可外推至更为真实的宏观范畴，并为后续利用所谓的质性尺度分析与建模探讨此一引人入胜的现象奠定基础。研究结果亦显示，强大的兆赫兹脉冲能够连结单粒子光–物质效应与电浆集体行为，为研究极端相互作用开启新途径。此发现暗示，兆赫兹驱动的孤子结构或可启发紧凑型能量储存概念，并支持先进技术与自然大气现象的探索。毫无疑问，这项工作代表了朝向解开球状闪电长久谜团的重要一步。