《电子物理学系》doc版.doc

薅蚆肅节芅袂羁节莇蚅袇芁薀袀袃芀蚂螃膂艿莂薆肇芈蒄螁羃芇薆薄衿莆芆蝿螅莆莈薂肄莅蒀螈羀莄蚃薁羆莃莂袆袂莂蒅虿膁莁薇袄肇莀虿蚇羃蒀荿袃衿肆蒁蚅螅肅薄袁膃肄莃蚄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁肂蚀薅膀肁莀螀肆膀蒂薃羂腿薅蝿袈膈芄薁螄膈蒆螇膂膇蕿蚀肈膆蚁袅羄膅莁蚈袀膄蒃袃螆芃薅蚆肅节芅袂羁节莇蚅袇芁薀袀袃芀蚂螃膂艿莂薆肇芈蒄螁羃芇薆薄衿莆芆蝿螅莆莈薂肄莅蒀螈羀莄蚃薁羆莃莂袆袂莂蒅虿膁莁薇袄肇莀虿蚇羃蒀荿袃衿肆蒁蚅螅肅薄袁膃肄莃蚄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁肂蚀薅膀肁莀螀肆膀蒂薃羂腿薅蝿袈膈芄薁螄膈蒆螇膂膇蕿蚀肈膆蚁袅羄膅莁蚈袀膄蒃袃螆芃薅蚆肅节芅袂羁节莇蚅袇芁薀袀袃芀蚂螃膂艿莂薆肇芈蒄螁羃芇薆薄衿莆芆蝿螅莆莈薂肄莅蒀螈羀莄蚃薁羆莃莂袆袂莂蒅虿膁莁薇袄肇莀虿蚇羃蒀荿袃衿肆蒁蚅螅肅薄袁膃肄莃蚄聿肄蒆罿羅肃薈螂袁肂蚀薅膀肁莀螀肆膀蒂薃羂腿薅蝿袈膈芄薁螄膈蒆螇膂膇蕿蚀肈膆蚁袅羄膅莁蚈袀膄蒃袃螆芃薅蚆肅节芅袂羁节莇蚅袇芁薀袀袃芀蚂螃膂艿莂薆肇芈蒄螁羃芇薆薄衿莆芆蝿螅 電子物理學系計畫名稱:II-VI 稀磁性半導體之研究與凝體物理理論探討研究者:褚德三經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:本計畫是二年期長期研究計畫 內容包括已進行多年的稀磁性三元化合物半導體薄膜之製作，高壓相變下的物理性質，光學及磁學特性的量測與長期進行的凝體理論研究，整個計畫計分成下列幾個子題，這些子題是最近幾年來本實驗長期持續進行的工作項目，少部分(子題 2 及 6)則是今年新增的研究課題。子題1:半磁性半導體薄膜高壓下物理特性研究本計畫研究生長於砷化鎵 (GaAs) (100) 基板上的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 半磁性半導體薄膜，及其相關的應變超晶格 (Strained Layer Superlattice, SLS)，在高壓下拉曼散射光譜及光激冷光譜的特性，以與近二年來，我們所研究的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 半磁性半導體塊材 (bulk)，在高壓下拉曼散射光譜特性作一比較。本計畫將分兩年進行，第一年將研究生長於砷化鎵 (GaAs) (100) 基板上的硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等單層薄膜高壓下的光學特性，第二年將研究 Zn1-xMnxSe (Zn1-xFexSe) / ZnSe 應變超晶格在高壓下的光學特性。本子題將由博士生邱裕煌及數位碩士生協助執行。子題2: 超真空中成長稀磁性半導體薄膜與介面應力研究本計畫擬以超高真空熱蒸鍍（UHV thermal evaporation）法，配合光激冷光譜、拉曼散射譜、TEM等量測，研究生長於砷化鎵 (GaAs) (100) 面上硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe) 及硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等半磁性半導體薄膜的成長的機制，及其光學特性及結構上的探討，期能掌握其生長變因，製作高品質的薄膜。我們將研究硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等半磁性半導體薄膜與基板介面的晶格缺陷 (lattice dislocation) 效應，及這效應和薄膜厚度變因之明確關係。本計畫分兩年執行，第一年先研究硒化鋅 (ZnSe)、硒化錳鋅 (Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅 (Zn1-xFexSe) 等半磁性半導體薄膜的生長，第二年則研究其光學特性分析其結構生長之機制。 近來界觀物理(mesoscopic physics)在國際上引起相當多的注意，界觀物理系統可以是為一微小的量子力學實驗室，利用它,可從事量子力學及各種凝態物理模型的基本研究。我們希望能作出好的薄膜，在未來從事界觀物理的研究。是故我們希望能藉由光譜(PL 及 Raman)及表面分析(TEM)等工具所測得的參數，了解各種長晶條件(如溫度，蒸鍍速率，摻雜濃度，膜厚等)與晶體品質(如缺陷，雜質等)與物理特性(如能隙，表面應力)之間的關係，而得到良好的晶體品質的薄膜作出好的元件,從事界觀物理的基礎研究。本子題將由博士生林高進配合數位碩士生長期協助執行。子題3: 集束碳微管的基本激發此一子計劃將考慮由多數互相平行置放的空心圓柱狀碳微管組成的集束(bundle)系統的基本激發。這些空心圓柱狀碳微管(直徑約在 1-2 nm 之間)的管軸均相互平行，且在垂直管軸方向上構成一個二維三角晶格排列。自由電荷被限制在圓柱管表面上，這些自由電荷構成一個電子氣系統，因此如有外加電場作用時，此電子氣系統將引起回應而振盪。第一年我們將利用自洽場理論求得每一圓柱狀碳微管的介電系數，則回應函數(response function)即為每一圓柱狀碳微管所有 L (角動量)模的重疊效果。最後再考慮微管與微管間的庫倫作用力，以求得整個集束系統的基本激發的性質。我們預期沿管軸方向及垂直管軸方向的電漿頻率將會有明顯的各向不等性。第二年我們將考慮外加磁場對此集束碳微管系統的作用，磁場的方向將考慮沿著管軸方向，外加磁場的效應將會使原來的 L (角動量) 模的耦合，產生相當不同的效應，這些效應是否對電漿頻率造成明顯的影響，將是我們研究的重點。本子題將由博士生林青彥配合數位碩士生長期協助執行。子題4: 半導體多層微結構系統的理論探討我們將運用微擾變分法配合有效質量近似與絕熱近似，計算激子在非等方向性多層結構半導體晶體中的各種特性如束縛能及激子半徑，光吸收、振盪強度、躍遷機率。並考慮外加電場磁場效應及量子侷限效應下，激子的各束縛能態之能階及相應波函數與各個參數間的關係，並將結果與實驗結果相比較。另外,在最近幾年，激子在低維度量子系統的超級輻射(superradiance)現象，也引起了廣泛的興趣。最近半導體薄膜中激子的頻率遷移已被算出且和衰變率一樣有反比於kd 的平方的關係，其中 k 是 輻射光的波數，它正比於激子的能量，而 d 是晶格常數，這項因子大大的增加了輻射率和頻率遷移。所以，在算出激子在量子微結構(量子阱，量子線，量子點等)的能量後,我們將利用多體物理的方法，計算出激子在這些結構的輻射率和頻率遷移。此子題將由博士生陳岳男協助執行。子題5: 量子霍爾效應與多層系統的基態量子霍爾效應這幾年來重要的發展集中在Skyrmion的理論.與雙層系統.的探討。我們將分兩年的時間來探討這個問題 :在計畫的第一年裏，我們將用自洽Hartree-Fock近似法，研究不同填充因子下的雙層量子霍爾效應系統，看看當一些系統參數如穿隧能，Zeeman能與層間距離等改變時，基態如何隨著它們而改變，並探討這些基態的自旋結構。另外借著計算這些基態下的集體激發，看看它們是不是有個能隙來確認，這些結果可以與實驗結果互相印證。第二年時我們將探討有限溫度的情況，看看一些物理量，如磁矩、比熱及集體激發等如何隨溫度而改變。從比熱的結果我們可以看看是不是有相變發生，如果有，這種相變和skyrmion-antiskyrmion所引起的Kosterlitz-Thouless相變有何種關係？另外從計算不同填充因子時的磁矩變化，我們可以推論出單位電荷的帶電激發對應到多少自旋反轉，從而與skyrmion的實驗結果來比較。此子題將由博士生林銘杰協助執行。子題6: 硒化鋅及其半磁性半導體高壓下相變化的理論計算我們將針對硒化鋅 (ZnSe) 及以其為母體的三元化合物半導體，含稀磁性與非稀磁性參雜，如硒化錳鋅(Zn1-xMnxSe)、硒化鐵鋅(Zn1-xFexSe)、硒化鎘鋅(Zn1-xCdxSe)、硒化鎂鋅(Zn1-xMgxSe).等，進行高壓下相變及其振動模的分裂與位移現象的模擬計算。計算所需的數值程式將採用由劍橋大學卡文迪西實驗室的凝體理論組所發展出來的 CASTEP 量子力學程式。此 CASTEP 程式將由淡江大學物理系李明憲與薛宏中教授所提供。 CASTEP 已被證明能解出諸如固體或表面等延伸系統的電子密度分佈及系統總能量。 CASTEP 是應用虛位能 (pseudopotential) 來近似固體中的晶體勢場，並用平面波作為基底來展開波函數。多電子的交互作用則採用由密度泛函理論 (Density Functional TheoryDFT) 所導出的交換相干 (exchangecorrelation) 位勢來近似。利用高性能的工作站或超級電腦，CASTEP 可做為在原子尺度下模擬微觀現象、並具高準確性及效率的計算工具。由於此程式已被證明對於計算多電子系統的性質具有相當精確的結果，因此我們確信利用此程式作理論計算，可對我們這些年來已獲得的稀磁性及非稀磁性半導體高壓相變的性質及機制獲得更深入的了解。本子題將由博士後研究人員配合數位碩士生長期協助執行。NSC88-2112-M009-004-計畫名稱:液晶混合物與固體表面之分子方向性沾溼作用研究者:趙如蘋經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:液態晶體；表面配向劑；原子力顯微鏡；表面；方向性沾溼現象；部分沾溼；完全沾溼；橢圓千涉儀。針對液晶顯示器製作中所需的配向膜。我們計畫以原子力顯微鏡(AFM)，觀察玻璃表面鍍上不同種類的配向劑之後的結構。其中包括了:1、混合直及平行配向，比例的影響。2、單一配向劑，浸泡反應時間的影響。3、單一配向劑，濃度的影響。藉由對配向膜的進一步了解，希望能夠探究液晶分子受配向膜作用的機制。我們利用全反射式橢圓干技術來探討在液晶高於其相變溫度時的表面方向性沾溼現象。我們使用一系列不同混合比例的5CB與7CB(或5CB與9CB)，並以DMOAP為其垂直配向劑，使液晶沿垂直基板方向排列。使用混合液晶的目的在變表面定向位能。希望能觀察到由部分沾溼的現象，並與現行理論比較。NSC88-2112-M009-033-計畫名稱:中觀系統的量子傳輸(II)（一）中觀常態結構，（二）中觀超導結構研究者:朱仲夏經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:中觀；常態；超導；自洽的；散射理論；非同調散射子；規範不變的；偏振；Andreev 反射；相位形式對於中觀系統的量子傳輸理論及其物理特性，我們提出更進一步的探討。所探討的系統分為以下二類：（一）中觀常態系統，（二）中觀超導系統。對於中觀常態系統，我們計畫探討具有變化寬度之奈微米結構(nanostructure) 的傳輸性質例如： 量子線(quantum wire) 的微觀變寬(microwidening)，或是兩端接到準二維電子氣(quasi- 2DEG) 的量子接點(quantum point contact)，並對此奈微米結構施加時變外場。 而這個時變場可以是縱向或橫向偏振的電場，或者是沒有偏振的閘極電位。 施加時變場之目的是探討在奈微米結構的傳輸特性中，準束縛態(quasi-bound-state) 顯示出的一般性質。另外，我們也要探討在量子接點中及導電環中，同調(coherent)非彈性散射過程而同時具有非同調(incoherent)散射的效應。此非同調散射過則是由另一個時變外場所感應的；在導電環的情形，此時變場可以是一個時變磁通量。我們計畫要發展適用於奈微米結構中非線性量子傳輸的一般性理論公式，這是一個自洽的、規範不變的、及併入時變場的理論；並且是直觀的，而可從 Landauer 的散射理論直接推導。 我們從一個簡單可行的例子出發，即“單一通道(channel)與單一雜質”的情形；而以上所提的限制(constraints)，均以解析及數值的方法檢驗，並且與線性響應(linear response) 的結果聯繫。然後，我們再進一步應用到有振盪位壘(oscillating barrier)，及交流偏壓(a.c. bias)的情形。起初，將先採用Thomas-Fermi 屏敝(screening)；而更複雜的屏敝體系及更複雜的奈微米結構，則作為進一步的探討。對於中觀超導系統，我們計畫探討在 超導常態金屬超導(superconductior-normal-metal-superconductor; SNS) 接頭中存在一個雜質的效應。 並且，預期此雜質會導致次能帶間的躍遷(inter-subband transitions)；而對於吸引性的雜質，預期在雜質附近會產生準束縛態。 在此 SNS 接頭中，我們要探討準束縛態與Andreev 能階的相互作用。最後，我們要探討在 NISIS、NSNS、及 NSIS 接頭的“電流電壓”關係。 這裡N、I、S 分別代表常態、絕緣、及超導區域。 在這些結構當中，都有二個被隔開的超導區域；而這二個超導區域間的相位差，並非獨立的物理量。 更確切地說，此相位差是由通過接頭的電流所決定。 因此，我們要探討此電流（或電壓）相關的相位形式 (phase- configuration)如何影響這些接頭的傳輸特性。NSC88-2112-M009-028-計畫名稱:利用同步輻射光源對三五族氮化物半導體薄膜之特性研究研究者:陳文雄經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:三五族氮化合物；同步輻射光源；X射線收的精細結構光譜；X 射線駐波光譜本計畫為基於三五族氮化合物半導體薄膜物理性質之研究，整合型計畫，而另外提出的研究計畫。本計畫端賴前整合型計畫研究群成長並提供之三五族樣品，實際上是將光學性質方面的量測，擴展到使用同步輻射光源的X射線範圍。本計畫打算使用在美國阿岡國家實驗至的APS線束和布魯克海文國家實驗室的NSLS線束來做三五族氮化合物半導體薄膜的同步輻射光學性質。這些線束因為本人(陳文雄)於輪休一年與加拿大SimonFraser大學的E.D.Croaier教授合作而有機會使用Croaier教授有超過二十年以上的同步輻射經驗，且是PNC-CAT的玊要成員。主要因為在新竹同步輻射中心無法利用到我們的三五族樣品在銦元素K-edge(27094kev)所須的光子能量，除此之外，我們更希望能繼續地合作而能在這方面獲得更進一步的經驗，將來能把實驗帶回新竹同步輻射中心做。此計畫會牽涉到一些特定的實驗:如氮化鎵、氮化銦和氮化銦鎵等X 射線吸收的精細結構(XAFS)、氮化鎵和氮化銦中單層或近似單層結構的X 射線吸收的精細結構(XAFS)與X射線駐波(XSW)的研究等。前半部分的研究集中於混合的晶格結構、三價原子的分佈、鍵長的變化以及Pseudo alloy的劑量等問題;後半部分將研究晶格的應力，結構的相變在介面附近的低階量子井的行為。NSC88-2112-M009-031-計畫名稱:三五氮化合物半導體薄膜之物理特性研究研究者:陳振芳經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:氮化合物；MOCVD；活化能；深層能階；yellow emission；異質接面；Band Offset；暫態能譜分析；功函數；漏電流本計畫主要針對MOCVD所成長之氮化物的電性物理研究。目前此一領域在學術研究上是一新興的領域，尤其是此一材料的物埋特性研究更是如此。GaN的晶格結構與一般像GaAs化合物絕然不同，因此其物理特性，像能隙結構:有效質量觀念、局部能態結構特性、散射機制、深植與淺層能階的影響、Richardson常數等基本物理特性，甚至於量子化的物理性，都可能與一般III-V化合物大不相同;因此此一物理特性的研究，不但在學術研究上有無比的重要性，也是此一材料未來更進一步發展的重要關鍵。自從本計畫開始到目前為止，本實驗室氮化鎵的物性研究上已有初步的成果與經驗，我們製成蕭基二極體並以變溫I-V量測分析其蕭基能障、Richardson常數、電流傳輸機制等，變溫霍爾量測，瞭解在此類材料中缺陷對載子的散射機制、以及compensation的影響。金屬接面的特性、深層能態的量測與分析、yellowemission的機制，以及完整的實驗分析能力等。例如在我們的實驗中我們利用純電性量測量到了氮化錶中兩個極深的能階-1.lOeV與l.27eV的物理特性，就我們所知，這是目前利用純電性所能量到氮化鎵中最深的能階，而且其可能可以解釋目前一般作PL實驗中所觀察到的yellowemission的謎。除此之外，我們也發現到了金的蕭基接面在450K以上就開始有劣化的現象，而重至於室溫一段時間後又會有變好的情況。我們下一年度的研究方向如下:(一)材料基本物理特性探討中所發現的重要事項，利用一些純電性的量測研 究一些缺陷能階與一些電流機制。我們也想要利用不同的金屬去做Schottky接面，因為不同金屬做出的Schottky接面其功函數不同、漏電流也不同，我們實驗時可做的範圍較廣，而且我們也要利用不同的金屬(Ni,Au,Pd.)來做Electrical stress對金屬接面的電性影響(二)金屬接面表面處理與研究:我們製作Schottky diode的時候，我們發現在GaN上有一層Native oxide而這層氧化層的厚度會直接影響到Schottky diode的特性，它不僅會影響turn on voltage的大小也直接影響到ideal factor(n)值與barrier high(能障高度)。所以我們必須加以研究使其不影響到實驗的分析。(三)AlGaN/InGaN/GaN異質接面的物理特性，其中包含異質接面中ban offset的研究，並考慮GaN(AlN)作為isolation barrier時diffusion current是否可忽略、one-carrier SCL傳輸特性，以及作為InN(GaN) 與金屬之間作蕭基接面中間層的特性，以及接面上缺陷與應力隨接面組成的變化。這項計畫主要的宗旨，是針對目前氮化合物材料的重要性，我們利用量測系統諸如變溫I-V、C-V量測、導納頻譜分析、深層缺陷暫態頻譜分析等，我們又加入光電量測的優點，進行光導與光電流的實驗，利用純電性的量測與光電量測的結果相比較，並再與另一子計劃光學特性量測的結果相互對照，以得到一致的結論。希望在完成本計劃，對於末來不論是在材料特性的掌握、材料的應用、或是在材料的成長上將會有相當的助益。也希望藉由計畫約合作能使得整個計畫群能做出高品質的氮化合物。NSC88-2112-M009-023-計畫名稱:GaN類半導體材料及物理結構之薄膜製備與特性研究(III)研究者:陳衛國經費來源:行政院國家科學委員關鍵詞:InGaN熱力學磊晶模型；量子井；量子點；同價位元素摻雜在這個計畫中我們將繼續於提氮化鎵及氮化銦鎵薄膜的品質，並質備單一量子井、多重量子井、量子點結構及同價位元素摻雜之氮化鎵薄膜，以提供光學及電升計畫進行氮化鎵系列光電物特性的研究。如眾所周知，熱力學模型是定薄膜組成的主控因素，我們將利用氮化銦鎵熱力學的磊晶計算來了解磊晶溫度、五三比值、載流氣體以及應物通入的莫耳量對氮化銦鎵薄膜製備的影響，並尋求製備高品質、高銦含量的氮化銦鎵薄膜。除此之外，我們將致力於同價至元素摻雜之氮化鎵薄製作，期望能夠利用微量同價位元銦原子摻雜來善薄膜表面平整度、降低薄膜內部之缺陷濃度、減少深階能態密度、增強近能隙及制黃光之發光強度。另一方面，單一量子井、多重量子井異質界面問題，諸如異相共存現象(Phase separation)、v型空缺、錯位缺陷、條狀缺陷(nano pipe)一直是在研究量子井結構所面臨的主要問題。在此計畫中，我們希望能夠在量子物理結構的薄膜製備中獲得技術上突破，並和光學及電學子計畫份配合，進而探討量子結構中的自由激子、束縛激子、侷域激子及雙激子之復合發合發光機制、生命週期與子弛行為(relaxation behavior)。最後，p型半導體金接面之製作是目前研究元件物理主要技術頸，在鍍材料選用方面，我們將嘗試不同的金材料如Ti、TiN、Au、AI及Ti/Au等，以降低接面電阻值，並增強金接的熱穩定性。由於金半導體歐姆電阻值的亦與半導體結構息息相關，我們將試圖生長低能隙或上層薄膜、超晶格結構及漸變能隙結構，配合p型接點研究，而達到低電阻之目標。NSC88-2112-M009-022-計畫名稱:III-V氮化物摻雜技術研究者:陳衛國經費來源:中山科學研究院關鍵詞:本計劃繼續前兩年的GaN系列材料的研究，除了已具備製作高品質之GaN磊晶薄膜技術和III-V族氮化物相關光電物理特性研究之外，我們也進行高、低In含量之InGaN材料製備與GaN薄膜p型雜質濃度初步摻雜機制的研究。眾所週知，上述兩個材料研究主題和高品質低背景濃度GaN薄膜的製作並列為MOCVD GaN係系列材料研究中三個關鍵性的中心議題。InGaN材料是GaN元件主動層的材料，主控元件之發光波長，重要性不言可喻。而高p雜質濃度的摻雜，更是目前GaN材料製備的瓶頸技術。因為p雜質摻雜濃度高度的差異，直接關係著元件結構之成敗，進一步影響到相關元件物理的後續研發工作。所以我們希望GaN材料子計劃的研究能有所途突破，俾利於國內高科技光電產業的領先發展。在過去兩年的研究中，我們已經完成了高品質低背景濃度（1017 cm-3）GaN薄膜材料的開發，成功製作出各種組成GaInN薄膜，同時在P+雜質摻雜的研究，以獲得初步之突破，Mg雜質摻雜已可提升至1020cm-3。在今年的計畫中，我們將進行石英反應腔之擴充改裝，加裝N2，NH3純化品，並檢測管路中之水氣含量（露點計），並建立Load-lock系統，以改善現有薄膜在現性較差的問題外。最主要可藉此更深入探討P型雜質之活化機制，以提升自由電洞濃度，以及n型雜質摻雜GaN樣品，並試製簡單結構之藍光發光二極體元件。第三年計畫初期針對磊晶不均勻及再降低背景摻雜濃度的問題，將大幅修改石英反應腔設計尺寸為兩吋磊晶石墨載體，加裝N2、NH3純化器及管路含氧、水份偵測器(露點計)與建立Load-Lock系統，作為提升薄膜品質與再現性的嚴密品管監控。進一步，對GaN的n型、 p型雜質摻雜及電性活化機制作深入研究。此外，延續高、低In含量之InGaN材料製備技術，研究In的iso-electronic doping氮化鎵有趣的光性改善現象。C88125-計畫名稱:雙電子游離化產生多光子過程之研究研究者:韓建珊經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:非微擾理論；多光子離化過程；雙電子離化以非微擾方法研究He及H-產生雙電子離化的多光子過程，我們計算其離化或然率，並討論其與電射強度的關聯。關於電子電子交互作用，在此過程中應佔有很大的比重，我們將研究其效應，首先我們忽略電子電子交互作用，計算其transition probability 然後再加入電子電子交互作用，重新計算transition probability, 故可得知e-e correlation 在ATI過程中的效應，我們並將放變雷射強度及頻率，以對此效應作有系統性的討論。NSC88-2112-M009-013-計畫名稱:譜掃描盪器研發研究者:謝太炯經費來源:工業技術研究院 關鍵詞:本計畫探討快速線性譜掃描的技術以運用於頻譜分析議之研發。計畫的主要工作為延續上期的YIG振盪器之設計研究，在理論上加強電路模擬的技巧，以建立更實用的設計準則，期放善既有振盪器之操作性能，包括頻率調寬度在3GHz-8 GHz範圍，線性度每MHz寬度在，及分析溫度穩定度，以符合譜分析儀之率掃描應用。鑑於電壓電流控制振盪器（VCO/ICO）之技術持續進展，本計畫也規畫MOS環振盪電路之設計與模擬，其結果將和YIG振盪器之操作性能作一比較。C88073-計畫名稱:分子束磊晶所長III-V氮化合物半導體之光電研究研究者:黃凱風經費來源: 行政院國家科學委員會關鍵詞:氮化鎵；分子束磊晶；射電漿產生器；氮化銦；氮化鋁本計劃主要是將射電漿產生器裝裝設於分子束磊晶系統內，成長氮化物磊晶材料。含N的III-V 族化合物半導體材料在藍綠光與UV波段已可製成相當高品質之發光元件。在基本物理光電之特性研究，則是一個全新的域，具有極高之學術研究價值。本計劃擬採用rf plasma電漿分子束磊晶系統，從事含N之化合物半導體成長之研究，並將針對其異質結構，二維電子氣量子結構等，做一完整系統化之光電研究。NSC88-2112-M009-029-計畫名稱:0.85um面射型雷射之研發研究者:黃凱風經費來源:光環科技公司股份有限公司關鍵詞:垂直共振腔面射型雷射計畫重點包括:0.85um面射型雷射(VCSEL) 垂直共振腔磊晶薄膜層設計，離子佈植、氧化絕緣層之相關製程技術開發及參數研究，雷射光學和電性量測技術的建立C88024-計畫名稱:面射型雷射氧化製程技術之研發研究者:黃凱風經費來源:光環科技公司股份有限公司關鍵詞:垂直共振腔面射型雷射計畫重點包括:850NM面射型雷射(VCSEL) 垂直共振腔磊晶薄膜層設計，離子佈植、氧化絕緣層之相關製程技術開發及參數研究，雷射光學和電性量測技術的建立C88229-計畫名稱:非有序材料的穿遂電子能階密度研究研究者:許世英經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:電子-電子庫倫作用力；穿遂電子能階密度；電子穿遂連接元；庫倫異常；金屬-非金屬相變；銅鍺合金；維度這個計劃的目的是要系統性的觀察電子-電子庫倫作用力對非有序銅鍺合金的穿遂電子能階密度造成的影響，藉此離清其在金屬-非金屬相變所扮的角色;另外系統維護度所造成的影響也一併在此計畫作深入深討。銅鍺合金是非常有趣的材料，改變銅鍺的相對莫耳含量，將可得到一系列有序電阻率變的樣品，從輕微的非有序金屬性橫金屬-非金屬相變而至態; 銅鍺合金不超導可簡化問題，另一方我們從三維樣品開始著手，避開了電子局限效應，分析樣品電子率對溫度的關係將可以得到的電子-電子庫倫作用力的強度，配合即時的穿遂電子能階密度測量，將可明瞭兩者對應關，而且不僅僅就輕微的非有序領域，我們將深入非金屬態。在完成三維系統的研究，我們將幾組特定樣品作維度變化的定量分析。當然此時電子局限效應必加入考量，但有了對其三維材料的認識將可簡化問題。一般物理學者認為電子局限效應電子-電子庫倫作用力在非有序材料的問題已大致在十年前解決，在有限的實驗結果都大部分展現的是定性的映證，但事實上定量的分析在各不同的實驗系統並未必相同，並且捨棄了靠近相變和在非金屬態的研究。最近1994在Si-MOSFET發現低溫下二維金屬態，又掀起金屬-非金屬相變研究結果的懷疑 NSC88-2112-M009-041-計畫名稱:二維約瑟芬接面三角陣列與熱電子輻射偵測混波元件之製備與特性研究研究者:莊振益經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞：高溫超導研究在十年的全球性努力後如何將研究重點從材料製程的最佳化迅速轉換至實際上的應用已成為這個領域的大部分研究者的一項共識。其原因無它公眾對高溫超導的期待不可能永遠停在可望不可及的遠景上。因此若無法在近期內很快的發展出具獨特且有市場競爭力的超導應用產品則可預見的公眾對超導研究的支將迅速轉趨冷淡而使此領域的研究活力迅速萎縮。有鑑於此目前在先進國家的公私立研究機構即有針對幾項特別的應用領域合作開發具商業應用價值與市場競爭力的產品的具體行動正在進行。舉例而言在美國有所謂BIG3聯盟(即由TRW,Conductus及Northrop-Grumman(前身為西屋公司的Science and Technology Center)共同組成的聯盟)將在近兩年內全力發展高溫超導在微波通訊(尤其是行動電話基台)上的應用這無疑提供了本研究對未來研究方向的擬定一項極具啟發意義的參考。本研究群在此前的研究計劃中主要集中在鉈系及釔系高溫超導薄膜的製程及薄膜結構與特性的研究。雖然這些研究提供了一個健全的研究群不可或缺的基礎也對研究人力的培養發揮了相當的貢獻。但鑒於大勢所趨吾人乃有意更進一步在現有製備高品質薄膜的基礎下對超導元件應用進行更具體的研究。在目前超導薄膜元件的應用基本上仍是沿續傳統超導體已發展出來的觀念因此在元件設計上與製程能力的競爭上我們顯然落後其他先進的研究機構甚多而無法在如SQUID及一般的微波元件等很快的加入先頭行列。故在調查了許多相關的文獻後我們想在未來三年內對題目上所列的兩項超導元件進行研究最主要的原因是這類元件不需要複雜的製程且基本上均可在單層薄膜上以圖案化的方式製作完成。舉例而言以二維的約瑟芬三角陣列而言這是目前由數值模擬結果顯示唯一可以有效產生鎖模( mode-locking )脈衝訊號之元件組態。而且其對陣列中各別的約瑟芬元件的齊一 性( uniformity )要求要比其他組態者寬鬆因此極適合嘗試在高溫超導薄膜上製備並研究其特性。在另一方面熱電子輻射偵檢混波器( Hot Electron Bolometer Mixer )目前是一極為引人注目的研究課題在實務上近一年來已有數個研究群以NbN證實其確可有效偵測THz微波但在高溫超導方面則剛在起步階段由於THz波不管在基礎研究或實際應用上均為非常重要的波段這也是一般半導體微波元件無法有效工作的範圍。所以若能適時對這一課題加以進行研究的話將有極大的應用潛力。而本計劃在最後階段更有意將HEBM的接面三角陣列置於同一晶片上而完成一個可直接應用的次系統( Subsystem )相信此一構想若能順利完成的話將對國內的超導研究有相當的鼓勵作用。 本計劃的另一考量是在製備這些元件的設備上幾乎均是現有的設備所需增購的設備極為有限。在第一年的計劃中我們預計可以以我們現有製備超導薄膜的能力加上一些蝕刻技術與設備的充實完成個別的元件並測試其功能。在第二年我們則將嘗試整合此二元件於一晶片上並測試其功能。若順利的話於第三年則可進行極具附加價值的THz波偵測系統的整合工作。而在每一研究階斷測試THz訊號之設備可以和本校光電所潘犀靈教授之超快雷射研究群緊密結合借用其現有之電光採樣設備( E-O sampling system )故應可以在不大量添購設備的情形下進行本研究計劃。NSC88-2112-M009-020-計畫名稱:不可對易分數量子霍耳理論研究者:李仁吉經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞: 量子霍耳效應為凝態物理強相干電子系問題在80年代最重要的研究課題之一，其成果亦最為豊碩，無論在理論或實驗上均有突破性進展。1992年Yale的Moore (為弦論學家)及Reed提出不可對易霍耳態的觀念，他們應用在二維保角場論中相干函數及對瓣群(Braid group)的不可對易表現(nonabelion realization)之性質去建立另一類的量子霍耳態其quasihole excitation 被稱為nonabelian. 此有別於80年代Laughlin態的Anyon激發態。Anyon態為瓣群的對易表現。90年代許多nonabelian霍耳態被提出及研究其邊態之能譜亦有別於abelian態，大家並試著計算propagators 指數及quasihole excitation 的簡數。此方向的研究有底下二特點:1必須有保角場論的基礎。2目前理論領先實驗，實驗的可行性正被提出及討論。NSC88-2112-M009-011-計畫名稱:GaN類半導體材料及物理結構光性之研究(三)研究者:李明知經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:氮化鎵；拉曼光譜；時域解析冷激光；X 射線繞射在此計畫中，我們將進行氮化鎵的雜質摻雜、氮化銦鎵的異相共存、氮化鎵的共價電子摻雜以及氮化鎵/氮化銦鎵異質結構和量子結構的光學研究。我們將利用X射線繞射、霍爾量測、顯微拉曼散射和最重要的是皮秒級時域解析的冷激光來研究氮化鎵及氮化銦鎵薄膜和其量子物理結構中缺陷、雜質能階及侷域的應力作用對氮化合物光電物理行為的影嚮，以及相關的電子、電洞對輻射復合和子、光子的動態弛緩行為。NSC88-2112-M009-021-計畫名稱:氮化物藍光波段元件結構磊晶研究研究者:李威儀經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞:氮化鎵；有機金暑氣相磊晶法；發光二檀體；雷射二極體本計畫的主要目標是生長高品質的(AI, Ga, In)N異質結構量子井結構，利於製藍光及紫光波沒的光電元件，藍色光二極體及雷射將是研發的重點，為成此一目標，本計畫將建立一部準確控制材料成分、厚度、摻濃度、界面品質，而又能達到重性與均勻性要求的先進研發型有機金氣相磊晶系統，並在第一年完成基本的材料磊晶研究，包括達到5*1017cm-13及1*1018cm-3的p型及N型摻15In及10A1的成分控制等等，第二年則將進一提摻及成分控制的能力，直接示範成長雙異質結構及單量子井結構的發光二極體構造，並開始朝兩個方向進行雷射元件結構的開，一在藍寶石上生長向GaN磊晶層上成長雷射構，這是目前日亞公司所緊的方解向，另一方向則是直接在GaN基板上嘗試生長光電元件，以目各界研究生長GaN基板的進度而言，在兩應可越有高品質及供定的GaN基板使用，而在GaN基板上生長元件結構會與在藍寶石基奕上有所不同，而且將有重要的發展力。本計畫除了將在橫向磊晶GaN層及GaN基板上發出發光二極及射型雷射外，也將嘗試生長面雷射構造，並可能在第三年計畫中，將交大或清大現有的一部分子束磊晶系成為氮化物磊晶系統加入本計畫，共同負擔材料磊晶的工作，以比較不同磊晶方的之處，長補短，更進一發揮整合的力量。NSC88-2218-E009-050 -計畫名稱:超導薄膜物理與運用研究者:郭義雄經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞：擾動；穿隧效應；熱電效應；Coulomb Blockade；Fockker-Planck；RSJ；沙堆模型；薄膜成長機制；混沌總計畫主要在重大設備與研究精神串聯所有子計畫，在分工合作之下完成超導薄膜物理與應用之研究。所以本計畫中除規劃研究群未來三年之所有重大設備外(詳情請見上述中型儀器設備欄)此處提出未來三年本人之研究計劃。本人未來三年的計劃主要在了解高溫超導元件擾動效應的物理性質研究的主題分別為:一、薄膜成長機制建立脈衝雷射MBE蒸鍍磊晶的高溫超導薄膜之技術，冀能得取原子級平整的薄膜。同時探討以非線性”沙堆模型”模擬正確的薄膜成長機制。二、穿隧效應:單電子穿隧效應: 主要希望能澄清不同的擾動效應下對於電子元件表面單電子穿隧的影響。實驗上利用STM觀察磊晶超導薄膜表面在不同氧含量不同成長方向不同偏壓和不同溫度下的單電子穿隧行為(尤其是Coulomb blockade之關係；進而觀察表面能隙隨上述條件之變化關係。 三、Re0.8Pr0.2Ba2Cu3O7超導體之離子半徑效應(ionic size effect) 我們將測量Re0.8Pr0.2Ba2Cu3O7系統(Re= Er, Y, Ho, Dy, Gd, Eu, Sm, Nd)薄膜的X-ray 吸收近邊光譜(x-ray absorption near-edge spectroscopy, XANES), 透過光譜分析及計算樣品中的電子結構及電洞在各細部結構的分布後, 可以進一步研究Re1-xPrxBa2Cu3O7系統由於Pr所引起的離子半徑效應(ionic size effect)。 四、約瑟芬遜效應與量子霍爾效應在巨觀量子動態假設下，探討以約瑟芬遜RCSJ模型描述量子相位的巨觀依時演化，參考de Broglie的Lorentz變換程序將能量量子化推展到動量量子化，同時依電子與渦漩量子之相對運動圖像將量子霍爾效應類比於受迫約瑟芬遜交流效應。NSC88-2112-M009-017-計畫名稱:在高溫超導體的漩渦晶格的結構，相變和fluctuations研究者:溫增明經費來源:行政院國家科學委員會關鍵詞：高溫超導；超導漩渦；融化；p,d-波(p,d wave)；非微擾現象這項研究計畫包含以下五個相關的主題:1 在無s波超導體的漩渦晶格結構，磁性和transport. 我將採用d+s和s+id波的混合(其描高溫超導)其發展去年的計畫而p波(其描heavy fermion，和目前所發現的超導Sr2Ru04,有效Ginzburg-Landau方程式來研究漩窩晶格結構特別地我要研究rotation和time reversal對稱破壞。我將採用於時間有關的GL方程式來計算非線性的transport(direct和Hall)。對p波而言spontaneous vortex狀態和磁化將會被確定。2.在高溫超導體的fluctuation和criticality。我將採用在d波超導體雜質的Cooper pair breaking能力來解釋在電物系所得到的令人驚奇的fluctuation conductivity實驗結果。同時的我計畫以在高溫超導相變的問題上做研究