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學術出版;;Publications

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收集所有交通大學研究人員與學生個人或團體所發表之各項學術著作，涵蓋期刊論文、教師專書、學位論文等項。;;Collections of Publications of NCTU Researchers and Students Like Journal Papers and Thesis.

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Subject: search.filters.subject.量子點

Search Results

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    新穎高效率混合型之量子點光電元件-子計畫六：光電元件中膠體奈米粒子光吸收與能量轉移率的理論研究
    (2015)
    鄭舜仁
    ;
    Cheng Shun-Jen
    ;
    國立交通大學電子物理學系（所）
    近年來運用膠體奈米粒子(colloidal nanoparticles)來提升光電及太陽能電池元件 的特性有許多重大突破。利用奈米粒子的尺寸量子化效應（quantum size effect）除 可用來調整元件的吸收光波長外並可能大幅提高其光-電的轉換效率。其中利用所謂核 -殼型量子點(core-shell quantum dots)更解決了長期以來膠體粒子光電性質不穩定 的問題(blinking problem) 。此外透過奈米粒子間的非輻射能量轉移(energy transfer)，可使得元件整體的吸收光譜更廣，效率更高。其中最具代表性的能量轉移 機制即所謂福斯特共振能量轉移現象（Förster resonance energy transfer, FRET）， 是量子點之間，透過長程的偶極-偶極耦合的能量轉移。 在本計畫中，我們將藉由解析方法與大型的數值計算程式，建構一套有效的數值模 擬方法－來研究太陽能電池中膠體量子點吸收光譜與量子點間的能量轉移率。透過緊 密束縛(Tight-Binding) 方法我們計算單一量子點及耦合量子點的電子結構及激子能 譜。由於核-殼型量子點間材料的不晶格匹配，我們的方法將結合valence force field (VFF)模型計算核-殼型量子點中的應力分佈；接著以緊密束縛法所計算的電子結構及 吸收光譜為基礎，利用 Configuration interaction (CI) method 考慮激子間的庫倫 交互作用包含偶極-偶極耦合，再利用黃金費米定則(Fermi's golden rule)精確的計 算量子點的吸收光譜以及耦合量子點間的能量轉移率。透過本計劃發展的數值計算工 具我們將提供大量的數值資料足以用來描繪量子點在實驗系統中複雜的光電行為，此 理論將會與實驗比對並解釋其結果進而提供設計奈米粒子光電元件有用的物理依據。
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    特殊二維光子晶體能帶分析與量子點的光電特性研究
    (2008)
    楊賜麟
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    YANG SU-LIN
    ;
    國立交通大學電子物理學系(所)
    本計畫擬進行特殊二維光子晶體及量子點光電特性的分析研究。在光 子晶體的模擬計算分析上，我們將設計特殊二維光子晶體結構、建立計算 光子晶體能帶的理論模型與平面波展開（plane-wave expansion）法的模擬 程式，比較分析多邊柱形－圓柱形及四邊柱形漸近切邊至正八邊柱形二維 光子晶體的TE 模態、TM 模態以及完全能隙的變化關係。期望能以完整、 循序漸進的方式，探討分析光子晶體能帶的決定因素及相關的物理機制。 而在量子點的光電特性研究上，乃針對InAs 量子點結構，以冷激光（PL）、 光調製反射光譜（PR）的方法進行其物理及光電特性研究分析，並探討侷 限結構對於InAs 量子點成長的影響，用以分析侷限結構對量子點的光學 表現、能階躍遷、重電洞與輕電洞的能帶偏移、尺寸均勻度、與侷限能力 等的影響。進一步的，我們利用光調製反射光譜的變溫、變頻量測方法， 配合阿瑞尼斯（Arrhenius）圖的擬合結果，分析出InAs 量子點結構中可能 的深層能階，以深入探討量子點結構的電子能態。
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    以注入鎖定波長光子晶體量子點面射型雷射二極體為基礎之分波多工被動光纖網路系統
    (2008)
    郭浩中
    ;
    Kuo Hao-Chung
    ;
    國立交通大學光電工程學系(所)
    近幾年來，面射型雷射之發展與應用已成為眾人注目之焦點，由於其具有低臨界電 流，發散角小，製作成本低…等優點，因此非常適合應用在光纖通訊系統中。在這此的 計畫中，我們將發展以GaAs 為基板的高速光子晶體與量子點面射型雷射，並將其應用 於分波多工被動光纖網路中。面射型雷射將利用GaAs 為基板，並且分別研究利用InGaAs 量子點以及InGaAsN 量子井作為面射型雷射的主動層，以提供較低的臨界電流值以及較 高的特徵溫度。除此之外我們也將利用光子晶體來改善模態輸出特性，使其成為單模輸 出之面射型雷射，將非常有潛力成為分波多工被動光纖網路的主要光源。 為建構被動光纖網路（PON），它提供光線路終端（OLT）和多個光網絡單元（ONU） 的連接，共享局端到客戶端的光纖網路頻寬，WDM-PON 是讓網路的通訊能夠順利進入光 纖到家(FTTH)的一個極具優勢的方法。在本計劃中，利用光注入鎖定波長的方法，使得 波長得以被選擇輸出，並且利用非歸零碼與歸零碼格式轉換技術，使用於被動分波多工 光纖網路系統傳輸與接收之研究。最後，一個整合型注入鎖定波長光子晶體量子點面射 型雷射二極體為基礎之分波多工被動光纖網路系統將是我們的最終目標。
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    半磁性奈米晶體多體理論之研究以及其自旋生醫元件的應用
    (2008)
    鄭舜仁
    ;
    Cheng Shun-Jen
    ;
    國立交通大學電子物理學系(所)
    半導體奈米晶體[semiconductor nanocrystal (NC)]是利用所謂由下而上（bottom-up） 之化學製成法所合成的人造奈米顆粒，其尺寸僅約數個奈米，多年來實驗上已證實其優 異的發光及量子特性，而被視為新一代光電材料的明日之星。不僅如此，最新的摻雜技 術已成功地將磁性元素（例如錳）結合入這些奈米晶體，[1]在未來，這些具磁性的半 導體顆粒，其應用層面將可擴展至奈米生醫檢測，乃至和磁性息息相關的自旋電子學和 量子資訊技術。 半磁性(semi-magnetic)奈米晶體吸引人之處，在於其獨特的磁光特性。最近，法國實 驗團隊L.Besombes 等人已成功測得包含單一光激子及單一錳原子的單顆量子點瑩光光 譜，[2]實驗光譜中豐富的精細結構直接反應出量子點中光激子(exciton)與磁性雜質間複 雜的自旋交互作用，儘管多年來物理學家對於半磁性半導體塊材或薄膜已有廣泛的研 究，然而半磁性量子點方面的研究卻仍有限。一方面，傳統的能帶理論在面對如此微小 的固體系統將遇到瓶頸，另一方面，由於奈米晶體中強烈的量子侷限效應，粒子或磁性 雜質間的自旋交互作用變得強烈且更為複雜進而造成理論計算上的困難。 最近我們已對多個電子與單一磁性原子的交互作用以及半磁性奈米晶體的磁性進行相 關研究。[3]在本計畫中，我們將延伸該理論方法及計算技術研究光激子與磁性雜質間的 交互作用以及半磁性奈米晶體的光電及自旋特性，並探討利用該磁性奈米晶體結合光學 技術實現生醫感測元件的可能性。本計畫主要由下列主題構成: 1. 奈米晶體電子結構的計算 我們將採用多重尺度的方法計算奈米晶體的電子結構:包括k.p 法及假位能(empirical pseudopotential)法?雖然奈米晶體的尺寸僅數個奈米，其中卻包含了>103 個原子，採用微 觀理論的假位能法處理如此龐大的原子數目將是數值技術上一大挑戰。因此我們將先建 構一16 節點(nodes)的計算機叢集配備高容量的動態計憶體(>6G/node)，再採用Lanczos 演算法解決超大(>105 執105)哈密頓矩陣(Hamltonian matrix)的對角化問題。 2. 半磁性奈米晶體中多激子的研究 利用configuration interaction (CI) 的方法及矩陣對角化的技術我們將計算半磁性奈米晶 體中多激子的能譜和磁性, 其中激子-激子、激子-磁性離子、及離子-離子間的庫倫作用 力將被完整地考慮?由於庫倫交換作用力，激子與磁性離子間有可能互相吸引而形成一 新準粒子(quasi-particle)，即所謂exciton magnetic polaron (EMP)，最近的研究顯 示EMP 在量子點光譜和自旋特性中伴演重要角色，我們將研究EMP 在奈米晶體瑩光 (Photoluminescence), 瑩光激發(Photoluminescence excitation) 和時析(time resolved)光譜 所造成的影響? 3. 利用奈米晶體實現自旋及生醫感測元件 最後我們將探討利用半磁性奈米晶體來發展自旋及生醫感測元件，我們將研究一奈米晶 體外部的磁性生物分子如何對奈米晶體光譜產生影?，並找出其瑩光光譜圖像與磁矩交 互作用的?係作為感測磁性生物分子的依據，我們將儘可能分析影?元件特性的因素， 例如熱效應(thermal effect),自旋態的穩定性(stability)和動態響應(dynamics)。 參考書目: [1] D. J. Norris, et al, Nano Lett. 1, 3 (2001). [2] L. Besombes et al,Phys. Rev. Lett. 93, 207403 (2004). [3] S.J. Cheng, to be published in Phys. Rev. B (2006).__
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    富矽氮化物中矽量子點晶體生長之電腦模擬
    (2008)
    魏恆理
    ;
    Henryk Witek
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    國立交通大學
    我們計畫利用最近發展的self-consistent-charge density-functional tight-binding (SCC-DFTB)方法進行富矽氮化物中矽量子點晶體生長之電腦模擬，此法應用DFTB算出原子作用力再用分子動力學進行動態模擬，DFTB是密度泛涵理論的近似法，可以得到接近密度泛涵理論的結果而在運算上快很多，首先，我們用亂數產生Si 及N在空間中的分布，再優化到某一個溫度下的穩定幾何結構，此結構將近似低溫PECVD製程的初始結構，晶粒析出的現象則預期在中、高溫的回火中產生。 我們的主要目標為：(1)找出成核機制，(2)估算適當的回火溫度，(3)估算適當的矽氮比例，(4)估算快速成核的初始結構，這些資訊將助富矽氮化物中矽量子點晶體生長實驗找到有效的實驗參數。
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    未來光通訊系統所需之新穎光電元件與技術之研究---子計畫三：新穎式高速量子點面射型雷射於量子光通訊系統之製程及研究
    (2008)
    郭浩中
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    Kuo Hao-Chung
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    國立交通大學光電工程學系(所)
    近幾年來，面射型雷射之發展與應用已成為眾人注目之焦點，由於其具有低臨界電流，發散角小， 圓形出光場形，製作成本低等優點，因此非常適合應用在光纖通訊系統中。在本計畫中，我們將發展 以GaAs 為基板的高速單模光子晶體與量子點面射型雷射，並將其應用於量子資訊中，作為單光子雷 射與達到慢光的效果。面射型雷射將利用GaAs 為基板，並且研究利用將InGaAs 及InGaAsN 量子點 放置於面射型雷射的主動層，將提供較低的臨界電流值、較高的特徵溫度及較高的微分增益等優點。 此外，在本計畫中最重要的，是將量子點面射型雷射作為一單光子雷射，扮演在量子資訊中的關鍵元 件，並進一步利用量子點面射型雷射內高品質的共振腔結構，應用於新穎通信所需之慢光（Slow Light） 的研究。 在未來我們將研發高速(1300nm 達20-GHz 與980nm 達40GHz)之光子晶體量子點面射型雷射，並且應 用於單光子產生器與慢光之研究中。 在未來的三年中將完成： 1. 製作光子晶體面射型雷射與量子體共振腔結構。 2. 提升量子點結構之相關製作技術與提高量子效率，如提升量子點的均勻性與量子結構的設計和磊 晶技術之提升。 3. 利用外部注入技術研究長波長量子點面射型雷射之高頻動態分析。 4. 研究共振腔內的量子點結構利用EIT 的原理達到慢光的效果。 利用量子點結構達到慢光效果應用在新穎全光網路與量子資訊中。
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    銻化物基材之量子結構及元件
    (2008)
    李建平
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    LEE CHIEN-PING
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    國立交通大學電子工程學系及電子研究所
    近年來，半導體奈米結構及量子元件儼然已成為一個主要的研究課題，分子束磊晶 系統中已經可已成長出各式各樣化的自組式奈米結構，基於其完美之磊晶界面，可使得 物理研究及元件應用上得到良好的成果，然而過去這些元件大部分是使用砷及磷的三五 族化合物半導體結構，此種結構皆屬於第一類異質界面結構，也就是電子及電洞都被侷 限於量子結構中。但是另一種五族元素—銻，因為其晶格常數較一般常見之砷化鎵及磷 化銦基板來的大，所以過去較少被使用於三五族化合物半導體中。 銻化合物半導體具有較大的能隙變化範圍，因此使得它在長波長的光電元件應用中 具有重要的地位，其中銻化銦則具有目前已知之化合物半導體中最大的電子遷移率。此 種元素除了具有較大之能隙變化範圍外，它與其他化合物半導體（如：砷化鎵、磷化銦） 的異質界面，則屬於第二類或是第三類異質界面結構，此種特殊之異質界面可以變化出 很多有趣的物理研究及元件應用，且此種特性僅見於銻元素的化合物半導體中。 在我們的計畫中，我們計畫成長銻化鎵及銻化銦奈米結構於砷化鎵基板上，並研究 其光學及電子遷移特性。在此種第二類異質界面結構之量子點中，電洞是被侷限於價帶 之量子結構中，而電子則是因為電洞之庫倫作用力而分佈於此奈米結構周圍。我們近期 的研究中發現，在此種小尺寸的量子結構中，其依然具有良好的光響應強度，如此我們 便可以將此奈米結構應用於元件中。另外，我們實驗室也架設了一套低溫強磁場的量測 設備，如此可使我們更深入的瞭解此奈米結構的特性。 此外，銻元素也是一種良好的界面活性劑，可以使得我們磊晶的結構表面維持平 坦，且維持良好之磊晶品質，我們將利用此特性成長高應力的砷化銦鎵磊晶層，使得發 光波長可以達到2um。 多年來，本實驗室對於奈米結構及量子元件的研究有著深厚的基礎，且對於分子束 磊晶中銻材料的使用大約有一年之久，對於銻化合物磊晶技術的掌握也已成熟，並對於 此種第二類異質界面結構的特性也有諸多的瞭解，因此可以掌握此材料的特性並設計新 的元件結構。若能得到此計畫的支持，我們將可以對於銻化合物的奈米結構及量子元件 有更深入的研究。
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    閘極局域的開放式量子點與一維通道的抽運傳輸、整流、與自旋極化機制
    (2008)
    許世英
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    HSU SHIH-YING
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    國立交通大學電子物理學系(所)
    我們將繼續之前在奈米結構的量子電荷抽運與整流傳輸機制的研究，我們有興趣 的奈米結構是閘極局域的開放式量子點與量子窄通道，再者，我們會探討奈米結構系 統的自旋極化物理；過去數年，我們已建立一套電子束微影技術，並成功地在砷化鎵 異質結構上製作各式奈米尺度的表面閘極，此高mobility 的二維電子氣乃由以色列 Weizmann 研究中心的Umansky 博士研究小組提供，開放式量子點可藉由兩高頻但具 相位差的局域位能造成量子系統在無外加DC 偏壓下產生DC 電流，此抽運的測量技術 已建構完成，（目前頻率可達80MHz），而且我們目前初步的實驗證實了量子抽運電流 在我們元件內的存在，由於閘極的對稱性安排，抵銷了整流電流。為了更確定這幾何 安排的效應並進而更瞭解此二機制，我們將設計不同RF 閘極組態，觀察dc 電流，釐 清二者的相對貢獻，同時我們將針對抽運電流與量子點物性（尺寸大小、能態）做深 入探討；另外，我們將著重於窄通道的量子電荷抽運機制，並提高頻率範疇，多組指 狀閘極對將直接製作於窄通道之上，由指狀閘極幾何上的不同安排，可更深入認識抽 運機制；最後，我們將研究複合式奈米結構的傳輸機制，量子點的電荷抽運在適量的 Zeeman 分裂下將可成為相位同調的自旋抽運，組合量子點與量子尖端接點可形成自旋 極化電流源與偵測器，我們將研究自旋軌道作用在自旋鬆弛與非同調性的扮演角色。
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    同時觀察、操縱，與測量奈米結構電子元件的電性與物理性質
    (2008)
    簡紋濱
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    JIAN WEN-BIN
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    國立交通大學電子物理學系(所)
    我們將延續先前的成功經驗，繼續專注於奈米線與量子點等奈米材料的磁性與電性方面的研究工作。繼續使用磁性量測儀器來瞭解逆磁的半導體材料在做成量子點後，為何產生順磁。此外，我們將嘗試瞭解Mn磁性雜質加入半導體量子點後，是否影響軌道電子順磁現象。在Co-ZnO奈米線研究方面，我們將朝製造室溫鐵磁半導體奈米線方向前進，並製作自旋電子元件與奈米電子元件。至於奈米線的電性方面，考量到所有半導體電子元件皆使用兩點電性量測，將探索兩點測量所須遭遇的接點問題，並仔細研究奈米接觸結的物理機制。量子點成長方向，我們除控制量子點二維成長外，並將在兩電極間製作奈米等級寬的電流導管，來研究量子傳輸現象。 除了繼續先前研究工作外，我們建議組裝一套『奈米世界探測系統』。此系統可細分為：四點量測系統、奈米尺度機械手臂與掃瞄器模組。藉由這套系統，我們將有四個點的電性探測功能，以掃瞄電子顯微鏡電子束為第五點的探針，可激發奈米結構內電子氣的能態。除此之外，奈米尺度機械手臂將為第六點探針，可外加電場做局域性電性量測，並可碰觸與操縱奈米結構。藉由高空間解析度的掃瞄器模組，我們可以讓探針接觸導電奈米結構的表面，並直接取得奈米結構表面原子結構與電子像，且可達搬運單顆量子點功能。由這套『奈米世界探測系統』，我們可以達到同時取得掃瞄電子顯微鏡影像、四點電性量測與操縱奈米結構等功能。
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    磁場作用下之單一量子點分子能態
    (2008)
    張文豪
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    CHANG WEN HAO
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    國立交通大學電子物理學系(所)
    本計畫目的是研究由雙層堆疊之砷化銦鎵量子點所形成的單一量子點分子在 磁場作用下之耦合能態，擬研究主題包含:（1）量子點分子之激子轉換機制以及（2） 量子點分子在磁場作用下之耦合效應。本計畫將運用超快時間解析光譜量測技術， 研究激子能量轉換的動態行為，並以顯微螢光激發能譜探索選擇性激發QDM 激子 態的可能性。此外，我們也將設計極化解析之光子相干量測研究QDM 中雙激子- 激子之序列輻射中所隱含的按激子態。顯微磁光光譜技術，藉由外加垂直（Faraday） 及水平（Vogit）方向的磁場，可以用來偵測量子點的反磁能移及奇曼（Zeeman） 效應。我們將利用這樣的技術，研究量子點大小、形狀及應力分佈對於g 值的影響， 並探討QDM 在磁場作用下的能態耦合現象。探討議題包括g 值的操控、輕-重電洞 能帶混和及明-暗激子混和。