2008 年 2 月出版
科儀新知 第 162 期
奈米矽鍺光電子元件專題
金屬氧化物奈米矽晶光二極體元件之發展現況 [ 下載 PDF ]
林恭如, 林政道, 林俊榮
我們研究經二氧化碳雷射退火之富矽氧化矽膜的光學特性，包含不正常吸收與相對應的能帶變化。在研究埋藏有奈米矽晶的二氧化碳雷射快速退火富矽氧化矽膜之微米級光激螢光與微米級光反射分析時，筆者提出了含有奈米矽晶之富矽氧化矽膜之區域性二氧化碳雷射退火的去氫／蝕刻化現象與其光學特性。也發展形成矽奈米錐於二氧化矽與矽基板界面，用以增強富矽氧化矽之電激螢光。這個含有界面型矽奈米錐之奈米矽基發光二極體的增強型 Fowler-Nordheim 穿隧效應也被成功的提出。為了改善並分析奈米矽基發光二極體的內部與外部量子效率，我們發展以快速自聚集鎳奈米點製作於蓋有低黏滯性與熱聚集二氧化矽膜的矽基板上，並利用此自聚集鎳奈米點遮罩與乾式蝕刻矽基板，形成高深寬比矽奈米柱，分析其異常微米級光激螢光現象，與低折射係數之矽奈米柱於矽基板上。我們也藉由電容－電壓量測，觀察不同電漿功率下奈米矽造成的電荷儲存效應。
鍺量子點光電元件－光偵測器 [ 下載 PDF ]
李佩雯, 賴威庭, 曾勝雄
在本文中我們利用熱氧化絕緣層上覆矽鍺結構來形成鍺量子點 (小至 3 nm 且密度高達 2.8 × 1012 cm−2)，並且詳細地探討氧化條件、矽鍺合金中鍺含量、薄膜厚度，以及幾何形狀對於鍺量子點特性的影響，如尺寸大小、分布密度、位置以及成長機制等。從陰極光激發的吸收光譜可知，鍺量子點／二氧化矽系統在波長 400–550 nm 之間，隨著量子點的縮小有明顯的藍移現象。我們利用此法成功地在可見光至近紫外光有極強光響應的鍺量子點層金屬－氧化物－半導體二極體。在 405 nm 光源照射下，鍺量子點層金屬－氧化物－半導體二極體展現明顯的光電流放大特性，其光響應度高達 812 mA/W，而所對應的量子效率為 245%。
奈米矽發光元件 [ 下載 PDF ]
李清庭, 蔡泰成
近年來許多研究均致力於以矽材料為基礎之低維度奈米矽結構，以探討其在光激發下所造成的光發射機制。目前已開發許多技術和方法成長奈米矽嵌入氮化矽基材，然而通常必須在高溫中成長或經過後續的高溫熱處理才可以形成奈米矽，但高溫的處理過程會使電元件與光元件的特性退化。而雷射輔助電漿增強式化學氣相沉積方法可以在低溫且不必經過高溫熱處理的條件下，沉積奈米結晶矽嵌入氮化矽基材，並且可用此材料製作電激發光元件。
矽鍺金氧半光子偵測器 [ 下載 PDF ]
林楚軒, 劉致為
我們可以利用常見的矽金氧半結構來偵測光子能量大於 1.1 eV 的光，受限於矽的能帶間隙，在 1.3 µm 和 1.55 µm 的紅外光則無法被偵測到。藉由鍺材料的引入，1.3 µm 和 1.55 µm 的紅外光就能順利的被偵測到。薄膜鍺能藉由晶圓接合與聰明切的方式來轉移到絕緣層、玻璃基板與聚亞醯胺基座上。使用薄膜鍺，可有效的降低成本，而不同的基座則可以運用在不同的功能上。利用矽鍺量子點與極薄的硼摻雜，量子點紅外光偵測器能達到寬帶的頻譜。矽與矽鍺異質接面會在價帶不連續產生量子點。硼摻雜除了可以提供電洞至量子點中，其本身亦形成一量子井。在紅外光的照射下，矽鍺量子點與硼摻雜量子井中侷限的電洞就能被激發而形成光電流。
利用表面原子遷移機制應用於製作矽微奈米光學元件 [ 下載 PDF ]
李明昌, 邱威超, 楊哲銘, 陳信宏
次微米矽光波導在矽微奈米光學元件中扮演相當重要的角色。但因為蝕刻製程所產生的表面粗糙往往導致高傳播損耗，同時由於尺寸相對地小，外在光源不易耦合至波導內部。本研究提出利用矽原子表面遷移來製作次微米矽光波導線、三維錐狀耦合器及微超環光學共振器。實驗結果顯示矽光波導線的傳播損耗係數可低至 1.26 dB/cm，而三維錐狀耦合器的耦合損耗可低於 2.5 dB。
埋藏於氧化層的矽奈米微晶增益金氧半光偵測器 [ 下載 PDF ]
謝嘉民, 劉士嘉
本文介紹於 p-型矽基板覆蓋含矽奈米微晶之奈米孔洞氧化矽複合光吸收層之二端金－氧－半 (MOS) 結構光偵測器。在逆偏壓下，320—1800 nm 波段的光都可觀察到響應電流，最高光電轉換效率可達 160%，其可解釋為此奈米量子點光偵測器操作在逆偏壓時，由於矽基底形成反轉層，且其上之奈米結構膜會捕獲正電荷，而增強載子由反轉層注入到上電極，此效應如同電晶體中載子由射極注入集極。最終形成奈米膜中產生之光激電流被放大之效應。
應用像散法於顯微鏡自動對焦技術之開發 [ 下載 PDF ]
陳柏睿, 李建興, 許巍耀, 陳念祖
為發展快速即時之自動對焦技術，提升線上產品檢測的速度，本研究參考像散光學理論，開發一套對焦速度快、精度高之自動對焦模組，並能藉由轉接機構，直接與市面常見的顯微系統相結合。對焦模組利用四象限光二極體偵測像散光斑的形狀變化，建立對焦誤差函數以計算待測物失焦距離。經實驗結果證實，對焦模組已成功應用於 PCB 電路板、彩色濾光片、IC 晶片等物體，而且失焦範圍在 ±200 µm 以內的待測物，僅需花費 0.3 秒便能完成對焦動作。
二氧化矽薄膜之熱傳導係數與邊界熱阻之量測研究 [ 下載 PDF ]
饒達仁, 賴威志, 簡恆傑, 徐振庭
由於介電薄膜在 IC 及 MEMS 元件設計中的應用層面非常廣泛，使得介電薄膜的熱物理特性對於產品的性能預估與設計分析變得相當重要。在熱物理特性當中，熱傳導性質佔了很重要的一環。由於尺寸效應的影響，薄膜材料熱傳導係數值會與塊材有所不同，因此必須要利用適合此種薄膜特性之量測實驗架構，將薄膜材料之熱傳導係數值求取出來。本文將介紹 3ω 量測方法，並針對兩種不同製程下的二氧化矽薄膜來進行量測，除了量測二氧化矽薄膜的熱傳導係數外，也會探討溫度對於熱傳導係數的影響，未來將可以拓展其應用層面對於其他的介電薄膜進行量測。
功能化奈米粒子結合質譜儀之生物分子檢測平台的發展及應用 [ 下載 PDF ]
林伯樵, 吳煥婷, 王凱儀, 陳玉如, 林俊成
奈米材料的發展與應用在近年於不同領域的研究中皆有很成功的結果，其極小的尺度優勢大幅度提昇了反應時的靈敏度及效率。尤其在生物感測分析的開發與應用上，奈米粒子更是在受質的辨認與純化上扮演極為關鍵的角色。配合在生物大分子分析上極為重要的基質輔助雷射脫附質譜儀的分析，可建立一個快速、準確的檢測平台。從大如細胞到小如蛋白質及小分子的萃取與鑑定，此一平台都展現相當優異的能力。在本文中，將針對目前台灣數個團隊在此領域的優異研究成果進行介紹，並詳細討論本實驗團隊所發展之奈米探針結合親和性質譜分析平台 (NBAMS) 在幾個重要領域的研究成果。
應用於晶圓表面奈米微粒檢測的多方向偏振散射光量測儀 [ 下載 PDF ]
劉承揚, 劉子安, 傅尉恩
在晶圓表面上的奈米級微粒的粒徑和分布是半導體製程中相當重要的檢測參數。針對此需求，工研院量測中心發展出一套奈米級的多方位偏振散射光量測儀，使用一個可四個角度旋轉的多方向調整機構來量測由晶圓表面上奈米微粒的偏振散射光，再經由此散射光的 Mueller 矩陣來計算和分辨奈米微粒的粒徑大小，其可量測的微粒直徑範圍為 100 nm – 1 µm，並可承載 4–8 吋的晶圓進行量測。
設計非破壞性拉伸方法量測薄膜機械行為 [ 下載 PDF ]
童麒嘉, 許凱翔, 林明澤
現在對材料微小化的需求已逐漸被應用到高科技產業上，然而材料於微小尺度上其內部結構與塊材相比有著極大的不同，因此若以塊材之觀點來描述小尺度下的機械行為是不適宜的。一般材料因受到晶粒、純度和表面體積比的影響，使得其機械性質在塊材與薄膜的微小尺度下有顯著的差異，所以對薄膜材料在次微米－奈米尺度下機械性質的認知就成為極重要的研究。本文介紹目前設計發展之一些可單次及多次循環負載於試件並同步量測其應變反應之非破壞性量測方法，分析應用於各種微系統產業中的薄膜材料在次微米－奈米尺度下的機械性質。期望藉由對薄膜材料機械性質的了解，提供材料元件在製程及使用可靠度的預測分析。
廣域型真空計校正系統不確定度評估 [ 下載 PDF ]
林郁洧, 林建寶, 蕭健男
本研究係建立廣域型真空計校正系統並分析其系統不確定度。此系統設計考量為均勻氣體分布與待測真空計之幾何位置等因素，其操作程序依據真空計直接比對法，校正範圍為 103 至 10−6 Torr。系統評估作業依不同工作壓力範圍，利用電容真空計、旋轉轉子黏滯性真空計及熱陰極離子真空計，估算其系統不確定度。
