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Item 氧化鉿鋯材料系統之鐵電工程以邁向新興記憶體與邏輯應用(2022) 廖俊宇; Liao, Chun-Yu鐵電氧化鉿鋯之鐵電工程為本論文主題，主要研究於記憶體及邏輯元件應用。記憶體應用方面，將討論鐵電場效應電晶體（FeFETs）可改善方向及面臨的問題，包括記憶體密度的挑戰、電荷俘獲和去極化效應以及wake-up效應。此外於電荷增加(charge boost)的發生機制中，將在反鐵電系統上採取有別一般理論的解釋方式，並提出雙向無電滯之方案。在第二章中，將使用反鐵電-正鐵電-電晶體進行兩位元的記憶體操作，其電晶體內含有四方晶向(tetragonal phase)及正交晶向(orthorhombic phase)的混合(反)鐵電向位。而四方晶向及正交晶向分別可以提供多峰矯頑場(coercive field)及殘餘極化(remnant polarization)的特性，進而得到較穩定的多位階操作及非揮發性記憶體能力。因此，利用反鐵電-正鐵電-電晶體在± 4 V的低電壓操作下，可得到多於10^5次的操作次數及在高溫環境下(65 ℃)的穩定資料儲存能力(>10^4 s)。 而為了提高記憶體資料保存穩定性的目的，在第3章節中將使用非等厚度的雙層鐵電氧化鉿鋯作為閘極堆疊結構。雙層鐵電氧化鉿鋯結構是利用一層氧化鋁的介電質材料作為隔層，分別將兩層不等厚度的氧化鉿鋯隔開，其上層及下層的鐵電氧化鉿鋯分別為5奈米及10奈米。這種設計是為了避免單斜晶向(monoclinic phase)在較厚的氧化鉿鋯中產生，以維持鐵電極化特性。此外，上層及下層的矯頑場不同，使得每一位階更加穩定及獨立，可以有效降低讀取時的錯誤率，且與單層鐵電氧化鉿鋯的閘極設計相比，可改善600倍的錯誤率。因此，雙層鐵電氧化鉿鋯作為非揮發性記憶體的多階單元並進行2位元可靠度測試時，可得到>10^5次的循環操作及>10^4秒的資料保存能力。 此外, 鐵電電晶體與三維結構技術的結合，例如:鰭式電晶體及閘極環繞電晶體，使得記憶體元件的尺寸能持續微縮至奈米等級，以增加單位面積下的記憶體單元，持續達到密度提升的目標。在第四章中，將三維的閘極環繞奈米片鐵電電晶體結構，並搭配雙層鐵電堆疊技術以作為高密度嵌入式非揮發性記憶體。而本章節中使用氮化鈦及氧化鋁兩種不同的隔層材料，其分別可對於操作電壓及記憶窗大小進行優化及改善。然而，奈米片的轉角結構使得極化方向互相抵消，產生較弱的極化區域-死區(dead zone)。而使用雙層氧化鉿鋯，外層的氧化鉿鋯有較大的曲率半徑，這可以減緩轉角效應。因此選擇TiN隔層的雙層鐵電氧化鉿鋯，可在± 3.5 V的操作電壓下，產生1.3 V的記憶窗、>10^11次卓越的操作能力及>2×10^4秒的資料保存能力。 然而，鐵電電晶體1T架構中存在寫入後讀取(read-after-write)之資料保存流失(retention loss)問題，鐵電電晶體在給予正極性的寫入電壓後，造成電荷被捕獲且殘留在氧化層與半導體層的介面，此捕獲電荷會抵消鐵電的電偶子產生的極化反應，使得臨界電壓在「寫後讀」的不穩定，造成錯誤讀取。此外，當閘極氧化層減薄後，會產生更大的去極化場，導致鐵電極化的衰退，這必須依靠給予一個閘極偏壓去抵抗去極化場，以避免極化衰退。因此，第五章將探討n型鐵電電晶體的「寫後讀」行為，並利用-1.5 V的反向極性電壓協助電荷「去捕獲」，並同時調整基準電壓，以抵抗去極化場造成的鐵電極化衰退。 在第六章中，將嘗試使用電漿增強原子層沉積系統(plasma-enhanced atomic layer doposition)進行鐵電氧化鉿鋯的薄膜優化。研究發現，使用電漿的輔助可減少氧化鉿鋯內的氧空缺(oxygen vacancy)，並使晶相形成較多的鐵電相位，避免電壓操作時的氧空缺重新排列造成的極化喚醒過程，達到免喚醒(wake-up free)的鐵電薄膜元件。另外，其可使用300 ℃的退火溫度，即形成良好的鐵電特性，以達到後段製程(BEOL)的所需的熱預算要求。負電容(negative capacitance)效應的理論根據與起源於目前尚有爭論。在過去幾年中，Landua-Ginzburg-Devonshire理論(LGD theory)被用解釋負電容現象產生的表面電荷增加。在第七章中，將使用另一解釋方式，利用反向切換(reverse switching)的概念討論電荷提升，實驗中使用AFE和AFE-DE系統來驗證反向極化切換所產生的電荷提升將會與飽和極化及殘餘極化的差有重要關係。此外，當AFE電容進行雙極性操作，可同時得到雙極性電荷提升及沒有遲滯現象的結果，此實驗結論支持了本實驗室於之前論文發表之電晶體實驗結果。Item 微共振腔鈣鈦礦量子點異質接面光偵測器元件之特性探討(2023) 吳文凱; Wu, Wen-Kai本篇最初使用化學氣象沉積法製作鈣鈦礦層，將鈣鈦礦作為增益介質，結合一個P型材料氧化鎳和一個N型材料氧化鋅製作成光偵測器，並加入金屬電極銀和布拉格反射鏡形成塔米電漿結構。由於本實驗利用化學氣象沉積法製作的鈣鈦礦層無法達成COMSOL模擬所需的厚度，因此改由熱注入法來製作，將鈣鈦礦層變成量子點的型態。 熱注入法製作出的鈣鈦礦量子點彼此間有許多的不連續的邊界，因此我們利用PMMA溶液覆蓋於鈣鈦礦層上方，不但填補了鈣鈦礦量子點裡晶粒間的空缺，也可以避免上方的氧化鋅與下方的氧化鎳接觸。量測方面利用COMSOL模擬了解該結構的低反射模態位置，並使用470 nm的LED作為光訊號來源使鈣鈦礦層產生光電流，最後比較有無布拉格反射鏡對鈣鈦礦光偵測器的影響。Item 介電質超表面簡併臨界耦合在增強紅外光吸收之研究(2023) 黃子洋; Huang, Tzu-Yang本論文旨在利用數值模擬方法，研究半導體介電質超表面中利用簡併臨界耦合來增強其紅外（IR）光的吸收。首先，我們研究在太赫茲 (THz）頻率範圍下，利用矽（Si）介電質超表面來實現簡併臨界耦合的條件。我們的結果顯示，當亞波長矽圓柱方形陣列中的電偶極（ED）和磁偶極（MD）兩個共振模態達成簡併時，矽介電質超表面在頻率ν = 1 THz可以達到高吸收率（~ 90%）。我們利用耦合模理論來擬合超表面的吸收光譜，得到上述兩個共振模態的輻射率（γ）和耗散率 (δ），並從而驗證了當兩個共振模態達成簡併臨界耦合時，兩個模態各別的輻射率和耗損率必須滿足 γ = δ的條件。其次，我們設計了一基於砷化鎵 (GaAs) 圓柱的介電質超表面，來增強短波紅外光波段的吸收。首先，當砷化鎵未摻雜時，通過系統性地改變砷化鎵圓柱的直徑（d）和高度（h），我們成功地在波長λ~ 3.8 μm處使超表面的電偶極和磁偶極兩個共振模態達成簡併。在此特定頻率下，砷化鎵圓柱陣列可將入射光完全反射（即反射率R = 1和透射率T = 0）。 我們進而藉由摻雜在砷化鎵中引入自由載子吸收，來臨界耦合超表面中互為簡併的電偶極和磁偶極兩個共振模態。在此條件下，砷化鎵超表面的吸收率在波長λ= 3.8 μm處可達到90 %。我們在以上兩種情況下，成功證明了半導體介電質超表面的紅外光吸收確實能在遠低於半導體能隙的頻率下增強。我們預期，此利用簡併臨界耦合，達成介電質超表面在低於半導體能隙的頻率下光吸收增強的現象，將可以應用於發展包括雷射和光偵測器的新型紅外光電元件上。關鍵字: 介電質超表面、簡併臨界耦合、紅外光Item 可模組擴充的電池爐之探究(2023) 林宸光; Lin, Chen-Kuang自製可模組擴充的電池爐之整體架構，包含高穿透導熱材料、電子電路、可充放電的21700鋰電池模組，和可擴充的奈米碳電熱陶磁管爐體。奈米碳電熱陶磁管的紅外線因其穿透特性，不需熱傳介質，有著良好的熱效應，且其本身具有極高的熱電轉換效率，可以節省大量功耗，是值得選用的熱電元件。本論文可擴充電池爐中的單體爐使用透過凹槽實驗所得到最佳增大紅外線管發熱範圍之模具進行製作能大幅增大我們的發熱範圍。自製與市售各式電爐進行烹飪結果的比較，透過固定重量的液體混固形物、相同的鍋具、並在相等瓦數下烹煮，透過紅外線熱像儀成像和熱電耦量測數值可得,自製可模組擴充的電池爐烹煮效果比起市售電爐是相等或更勝一籌的結果。Item 基於鈣鈦礦薄膜之太赫茲調製器的連續體束縛態行為之研究(2023) 朱羿蓁; Chu, Yi-Chen在光學領域中，連續體束縛態調製器是一個引人注目的研究方向。透過對共振腔結構進行調變，我們可以探索新的束縛態位置並調整光場的分布，從而實現對光學信號的高度控制。然而，目前對於連續體束縛態調製器的理解還相對有限，尤其是在鈣鈦礦材料方面的應用尚未深入研究。本論文旨在通過在共振腔上鋪設鈣鈦礦薄膜，尋找新的連續體束縛態調製位置並探討其對共振模態的調節效果，也研究了不同鋪蓋方式和材料參數調節對共振模態的影響。這些結果為光學器件的設計和性能優化提供了重要的指導。未來的研究可以進一步探索不同材料參數的調節效果，並優化連續體束縛態調製器的設計，以提高其性能和應用範圍。同時，也可以考慮研究共振腔中其他材料的影響，以擴展連續體束縛態調製器在不同領域的應用潛力，通過對連續體束縛態調製器的探索，以及鈣鈦礦材料的應用，為我們理解光場控制和光學器件設計提供了新的思路和研究方向。Item 乾轉移石墨烯電極鈣鈦礦量子點塔米共振腔發光二極體之研究(2023) 陳爰伶; Chen, Yuan-LingTamm plasma RCLED是一種將塔米電漿(Tamm plasmon)結構應用於共振腔發光二極體(Resonant Cavity Light Emitting Diode, RCLED)中的發光元件。通過在共振腔中引入塔米電漿結構，可以改變光的發射特性和增強發光效率。本篇論文藉由設計布拉格反射鏡(Distributed Bragg mirror, DBR)和金屬反射鏡形成共振模態波段為530nm的共振腔發光二極體。利用塔米電漿由金屬層和介電質層之間形成的強電場區域進行高效率的光電轉換，當金屬和單層石墨烯作為電極施加電壓時，載子會在主動層鈣鈦礦量子點中進行複合並產生發光，也因塔米電漿的微腔結構可以將發光的光子反射回共振腔中，增強光子的循環和調製從而大大提升發光的效率。Item 反射式太赫茲光譜於多頻感測器與化合物半導體光電特性量測之應用(2023) 陳裕昇; Chen, Yu-sheng近年來太赫茲的研究非常興盛，太赫茲時域光譜(THz-TDS)因具有非接觸和非破壞性等優點，被廣泛的應用在各種材料量測上，但是對於一些高摻雜的化合物半導體以及超材料吸收器等光無法穿透的材料，反射式的系統就顯得相當重要。於是我們利用反射式太赫茲時域光譜(THz-TDRS)量測高摻雜化合物半導體的複數折射率以及電導率，並利用Drude-Smith model來擬合電導率，求出材料的電漿頻率與載子散射時間，並用這兩個參數得到材料的載子濃度與載子遷移率。我們還設計了一種可以用於反射式太赫茲時域光譜量測的超材料，近年來超材料因其卓越調製太赫茲的能力而備受關注，但由於其晶胞尺寸大小的關係，使得太赫茲超材料受到傳統微奈米製程的限制，傳統的製程有著步驟繁瑣、耗時以和昂貴的設備等問題，為了克服這些困難，我們提出了一種基於3D列印設計的太赫茲超材料感測器，並利用簡單的雙狹縫設計達到多頻感測器的功能，我們利用有限元素法模擬了超材料的吸收頻譜、電磁場的分佈還有對於血液成分的感測能力，並且說明了元件製程的可能性。本論文主要分為兩個部分，第一個部分主要為第三代半導體的光電特性量測，第二部分為基於3D列印的超材料感測器模擬。Item 鐵電電容式記憶體特性及研究(2023) 曾涵楨; Tseng, Han-Chen鐵電材料是一種具有雙穩態特性的材料，在電場的作用下能夠產生持久的極化狀態，也能夠在無外部電場的情況下保持所極化的狀態，並即在不同的極化狀態之間切換。這種特性使得鐵電材料成為理想的記憶體元件，可以實現高密度、非揮發性的數據存儲，使其廣泛應用於記憶體中。本研究選擇摻雜不同鋯濃度的氧化鉿鋯(Hf1-xZrxO2, HZO)作為鐵電材料，並對其特性進行了深入研究和應用。鐵電電容式記憶體（Ferroelectric Capacitive Memory, FCM）主要分為累積式FCM和反轉式FCM，同時都有低功耗、快速的寫入速度、長時間保持性和耐久度等優點，並應用於類神經運算。通過TCAD模擬的結果，觀察到反轉型FCM施加負偏壓時，n+摻雜區產生帶對帶穿隧效應。製作不同鐵電層濃度和結構的FCM元件，結果顯示MPB( Morphotropic Phase Boundary) SL(superlattice)-HZO具有較高的開關比，並且在保持度和耐久度量測中表現出更優異的性能，具有對稱性| αp - αd | = 0.03 ~ 0.35的深度學習操作，展現成為類神經突觸元件的能力。Item Z掃描系統量測大面積異質結構二維材料之非線性光學特性(2023) 黃瀚民; Huang, Han-Min本研究利用Z掃描系統研究石墨烯轉印到氧化銦錫薄膜上的異質結構飽和吸收體(saturable absorber)之非線性光學效應，過去已有諸多文獻表明，飽和吸收體對於超快脈衝雷射的鎖模與脈衝塑形皆有很大的幫助，但也對飽和吸收器樣品表面的品質有極高的要求，所以我們將單點的Z掃描量測系統改良，透過電控元件將Z掃描系統架設成可自動量測大面積二維材料或薄膜的自動Z掃描系統。實驗使用飛秒級超快脈衝雷射、波長為800 nm的Ti-sapphire雷射入射至氧化銦錫薄膜及轉印上單層石墨烯的飽和吸收體，並透過固定式的衰減片改變雷射脈衝的能量來進行實驗，觀察樣品在不同光強度下的光學非線性效應。由實驗結果分析上述樣品的飽和強度(I_s)、雙光子吸收(β)與非線性折射率(n_2)等非線性參數值，尖鋒功率在1到26 GW/cm2的光強度下輸入至樣品，氧化銦錫薄膜的飽和強度的範圍在3到60 GW/cm2，在轉印上單層石墨烯後減少至0.3到7 GW/cm2，相較於氧化銦錫薄膜的飽和強度小了約一個級距，並發現雙光子吸收的影響極小，範圍約在10-14 cm/W左右。因此，達到飽和吸收大部份是由單光子吸收主導，而非線性折射率會隨著入射能量的增強而逐漸減小，範圍在10-12 到10-14 cm2/W。確認單點的非線性效應後，我們對石墨烯/氧化銦錫進行二維的大面積抽測(4*4 mm)及每點間隔75 um的二維掃描實驗，在尖峰強度7.84 GW/cm2的光強度下，飽和強度約落在1.2到50 GW/cm2，之所以會比單點量測的飽和強度大，是因為石墨烯在轉印過程中出現的破損或皺褶所導致的，非線性折射率在10-13 到10-14 cm2/W，與單點量測的係數在相同範圍內，顯示出樣品的均勻度對折射率的影響較小，藉由此方法能夠精確的定位掃描的範圍，有助於大面積且系統性地研究其光學特性。Item 氧化鉿鋯之鋯濃度最佳化應用於三維垂直式鐵電穿隧接面元件與低溫翻轉響應之鐵電隨機存取記憶體(2023) 張福生; Chang, Fu-Sheng由於鐵電氧化鉿鋯(Hf1-xZrxO2, HZO)材料具有極化的特性應用於非揮發性記憶體研究，此論文透過原子層沉積調控摻雜鋯的比例以研究鐵電穿隧接面元件(Ferroelectric Tunnel Junctions, FTJ)，更進一步設計三維立體垂直式FTJ，實現高密度陣列記憶體，在相同面積占比下堆疊FTJ元件，並展示其具有邏輯閘操作潛力，電流開關比達到1500倍，此外透過低溫量測來探討鐵電記憶體(FeRAM)的操作速度極限，結果顯示反鐵電電容的操作速度優於正鐵電電容，且證明部分四方晶相 (tetragonal phase)主導的反鐵氧化鉿鋯在低溫下會部分轉變成正交晶相 (orthorhombic phase) 進而導致殘餘極化量上升創造更佳的記憶存取空間，提升反鐵電電容應用在未來新興記憶體的潛力。Item 數據整合與數學運算：實現不同精度數據的無縫融合(2023) 陳儒楷; Chen, Ju-Kai本論文針對研究連續性但不同精度的數據做無縫融合，其主要是透過數據整合和數學運算技術實現了不同精度數據之間的整合，並與現有常見的方法比較，例如內插法、Cubic等，對於其運算時間、運算效果、套用模型作相對比較，本篇以主成分分析(Principal components analysis，PCA)配合支援向量機(Support Vector Machine，SVM)為例子，設計在不同情境下的模型運算與套用，是如何從而提高數據整合和分析的效率及精確度。在本研究中，我們提出的方法能夠有效地提高數據整合的精確度與減少運算時間，並且能夠適用於各種不同的數據精度。透過實驗我們發現該方法能夠有效的提高數據整合的精確度與減少運算時間，相較於其他常見方法，我們所提出的方法在各個方面都取得了更好的效果，並且能夠適用於各種不同的數據精度，本論文可以應用於各種領域，例如機械學習、大數據分析、主成分分析等，提高數據處理的效率和精確度。Item 穿隧式接面薄膜於磁場感測影像系統之開發與研究(2023) 曾川澤; Tseng, Chuan-Ze量測未爆彈常用系統TEM(Time domain electromagnetics)，其體積由於過大所以量測便利性不高，本實驗藉由TMR之特性設計一系統，並嘗試改進TEM系統之缺陷。本實驗於電磁波屏蔽室內進行實驗，量測調製線圈磁場以及電流之關係，並接續量測TMR電壓對應不同磁場之關係，用以得到磁場大小，便接續探討TMR驅動呈現性特性所需之調製場，尋找最低驅動條件來驅動TMR，使其運作，量測方式則是採用被動方式偵測鐵磁性物質，並無給予激發場。在訊號端，藉由Filter將激發頻率濾除，並以DAQ接收MTJ訊號。掃描端則使用三維步進馬達來移動樣品進行掃描，以取得訊號源分布圖，並帶入實驗數據，使用模擬軟體進行演算，最後用線性擬合的方式進行數據比對。感測器本身輸出數值為電壓，所以藉由得到線圈電流磁場轉換比0.49162 mT/A並在得到感測器電壓磁場轉換比3.00311 V/mT，即可得到電壓轉換磁場數值，在這之後，藉由掃描背景雜訊數值得到靈敏度為〖10〗^(-5) mT以及背景雜訊最大值最小值差異為2.06E-04 mT，以此為標準，再量測1.4177 mT、彈徑105 mm的未爆彈情況下可深達1.1 m，並從量測待測物偶極矩比對模擬偶極矩數值來看，相差了大約1.5倍左右，但此結果來看是合理的，由於待測偶極矩為一具有體積之物體，所以大於模擬為正常，而結論而言，此系統具有一定程度之發展性。Item 咖啡風味的光學感測模組與鑑定方法之可行性研究(2023) 謝典宸; Hsieh, Tien-Chen在本研究中設計了一個可調整量測範圍之光纖量測模組，並利用近紅外光(Near Infrared，NIR)量測20組來自不同產地、烘焙程度及不同處理法之咖啡豆，並將量測之近紅外光譜與SpectraStar™ XT 生產之FT-NIR傅立葉轉換近紅外光譜儀進行比較，作為日後應用於產線檢測或移動式機台開發之評估。針對咖啡風味主要風味影響元素，酸、甜、苦三種風味對應影響風味之重要成分，咖啡多酚-綠原酸、碳水化合物、咖啡因，為有效獲取咖啡所含元素，須將咖啡豆磨製粉末狀後進行萃取後進行相關原素化學實驗，實驗內容包含總多酚吸收光譜量測，而咖啡中綠原酸為主要多酚，所以進行呈色實驗利用吸收光譜量測咖啡中所含總多酚含量，另一使用呈色實驗利用吸收光譜量測咖啡中所含碳水化合物便得知其含量多寡，並將其結果與近紅外光譜鏈接，進行各成分特徵波段與其含量的對應。經由實驗發現組數內相同產地及處理法且不同烘焙度的咖啡豆所含的成分含量有些許不同，而不同產地的咖啡豆所含的成分含量也有所差異，並觀近紅外光譜可以發現因為成分的不同所以在近紅外光的區域也有相關的差異及變化。Item 釔鉍氧/釔鋇銅氧雙層薄膜之成長與超導特性之研究(2023) 蔡佾倫; TSAI, I-LUN近年來拓樸絕緣體的討論度日益升高，拓樸絕緣體與超導體的界面研究更是近年來的研究重點，其主要原因是其非阿貝爾統計特性(Non-Abelian statistics)以及在量子計算和量子信息領域的應用潛力。本研究採用磁控濺鍍系統，將拓樸絕緣體材料釔鉍氧(YBiO3)成長於鈦酸鍶(100)基板上，並且經由X-ray繞射儀得到結構繞射，並利用原子力顯微鏡量測表面粗糙度以確認樣品品質。並且利用最佳化的釔鋇銅氧條件，將釔鉍氧成長於釔鋇銅氧上形成雙層薄膜。在製作過程中發現兩種材料會反應形成YBa2BiO6並且其反應速度會受溫度影響。最後我們將釔鋇銅氧鍍膜條件固定為Tg= 720 °C功率90 W，釔鉍氧鍍膜條件固定為Tg= 650 °C功率80 W，並且工作壓力固定為400 mtorr，製作出釔鋇銅氧厚度固定為100 nm，並在上面成長釔鉍氧厚度為10 nm、20 nm、50 nm、100 nm，利用四點量測系統測量得到臨界溫度(Tc)，單層釔鋇銅氧的Tc約為88 K，釔鉍氧厚度為10 nm、20 nm的Tc約為84 K、82 K，而厚度為50 nm的樣品則出現疑似半導體的特性，100 nm的電阻無窮大所以無法量測。之後我們針對釔鉍氧厚度為10 nm與單層釔鋇銅氧做磁性量測做比較，單層及雙層薄膜的Hc1分別為378 Oe、64.5 Oe，Hc2分別為15.67 T、9.748 T，並計算出相干長度(Coherence Lengh, ξ)與穿透深度(London Penetration Depth, λ) ，透過擬合λ-2的結果發現不論是單層的釔鋇銅氧或是雙層薄膜樣品的趨勢都不符合s-wave的超導體。最後利用磁滯曲線能計算臨界電流密度(Critical Current Density, Jc)以及釘扎力(Pinning Force, Fp)，經過計算得到單層釔鋇銅氧在0 K時Jc = 35.754 (106A/cm2)，雙層薄膜在0 K時為Jc = 11.177 (106A/cm2)。藉由擬合釘扎力的結果可以得到不同溫度下，可以推測釔鋇銅氧在77 K以下呈現一二維混和的磁通釘扎，77 K以及80 K時更接近一維磁通釘扎，而雙層薄膜在2 K及10 K時屬於一二維混和的磁通釘扎，在20 K到70 K的區間呈現二維的磁通釘扎，最後在77 K以及 80 K 時更接近三維的磁通釘扎。Item 鐵電氧化鉿鋯於記憶體應用: 矯頑場分析、衰退復原及立體垂直式多晶矽鐵電電晶體(2023) 李志賢; Li, Zhi-Xian鐵電材料(Ferroelectric Material)作為新興非揮發性記憶體(emerging Non-Volatile Memory, eNVM)的熱門項目，已有許多相關研究與應用，如鐵電電晶體(FeFET)、鐵電隨機存取記憶體(FeRAM)等。然而，現今對於記憶體效能的要求日益嚴苛，在高速讀寫、提升耐久度次數、高密度儲存為首要改良的課題。反鐵電(Anti-Ferroelectric)材料相比於鐵電材料有更快的操作速度、低損耗、高耐久度等優勢，卻因其無法記憶的特性，只能作為揮發性記憶體。第二章將以反鐵電結合氧化鋁的雙層結構將其改變為非揮發性記憶體，並利用一階反轉曲線(First-order Reversal Curve, FORC)來討論矯頑場的差異性。第三章將以衰退復原機制應用於FeFET來討論該可行性。第四章將FeFET以立體垂直式閘極與多晶矽作為通道材料開發3D FeFET架構，具有個別儲存、讀取的優勢。Item 超薄氧化銦基電晶體製程(2023) 芮瑋呈; Ray, Wei-Cheng由於電晶體的微縮持續發展，處理器核心速度提升為 Moore Law(摩爾定律)，但整體性能的系統與能量消耗問題仍存在瓶頸，記憶體與邏輯內核間數據流量大幅上升，造成功耗損失迫使處理器增加等待數據時間，為了解決此瓶頸利用3DIC(積層型三維積體電路)的異質整合來達成computing-in-memory(CIM)記憶體內運算，並且(Monolithic 3D；M3D) 單體3D有高密度的優勢。除了傳統半導體Poly-Si，氧化物半導體作為通道選擇，具有製程相容性，以免除磊晶高成本低產出缺點，並且氧化物半導體具有低溫製程的優勢，所以能應用在後段製程(BEOL-Back end of line)，此實驗成功濺鍍10nm In2O3(氧化銦) 材料作為通道於鐵電容整合打造出M3D垂直立體結構元件，且在BEOL製程的應用，並以量測結果證實閘極閾值電壓(ID-VG)成功繞出順時鐘的路徑轉換至逆時鐘的路徑，具有鐵電的特性。鐵電電場與極化，P-V量測結果，成功繞出PV-Loop鐵電遲滯曲線，證實In2O3與鐵電容整合的元件，具有鐵電的電容。另外為了改善In2O3通道材料，增加製程上熱預算的限制，成功濺鍍超薄2nm IWO(氧化銦摻鎢)於薄膜電晶體的元件，並有極好電流開關比達到>107 以及很高的載子遷移率10.64 cm2/V-s，IWO作為通道材料，未來應用於BEOL的M3D有很大的潛力，有望大幅提升未來元件的效能。Item 飛秒雷射退火對二硫化鉬缺陷優化之影響(2023) 翁學民; Weng, Xue-Min二維材料在現今對於人類發展半導體及其相關科技都指向著一個全新的方向及材料。隨著現代的科技的日新月異，地球上越來越多淺在的能源及材料被科學家們發現及利用，其中又以過渡金屬二硫化合物（TMDC）被認為是最有可能應用於積體電路的材料，其能隙大小最適合用來做場效電晶體（FET）中的通道。在經過對於過渡金屬二硫化合物的探索後，目前有兩種做適合做為通道的材料：二硫化鉬（MoS2）及二硫化鎢（WS2），兩者之間的差異在製作成場效電晶體後開、關狀態下電流大小各有其優點。本次實驗中我們選定二硫化鉬作為材料，在製作及準備的過程中利用氣相沉積法（CVD）讓二硫化鉬生長在不同材質的基板上，讓其構成單層二硫化鉬平面，在矽（Si）單層與二硫化鉬單層之間只有非常微弱的凡德瓦力（Van der Waals）[1]去支撐層與層之間相連，但是在生長的過程中可能因為其他外在因素而造成二硫化鉬表面缺陷（defect）的產生，進而在學術研究或生產半導體產品時得到錯誤的數據及成品。在本篇論文中我們利用飛秒雷射（Femtosecond laser） 聚焦在MoS2表面或體積上，產生高能量密度的熱源，使材料受熱區域溫度升高，並且在冷卻過程中產生新的晶體結構，進而優化具有缺陷的MoS2。因為雷射的脈衝寬度非常的短，所以如果使用此種技術對樣品進行加工，可以在極短的時間之內產出大量的成品，因此可以避免材料因長時間暴露在高溫下而引起的其他變化，也因為這個實驗有許多不同的參數可以做調整：可以調整功率的高低進而加工不同傷害極限值的材料；可以控制不同的加工範圍大小進而加工不同尺寸的樣品；可以繪製不同的加工圖形讓加工的可塑性更高。本次實驗我們使用光致發光（Photoluminescence）及拉曼（Raman）作為檢測系統，在光致發光過程中通常會用一種能量較高的光源，如雷射，照射到樣品上，使其電子遷移到高能態。當這些電子回到低能態時，會釋放出能量，並且產生輻射，從而產生發光現象。然而拉曼的部分是因為拉曼光譜學可以檢測出其中的缺陷。這些缺陷會對應特定的拉曼光譜訊號，因此可以通過對拉曼光譜圖進行分析，進而定性和定量分析二維材料中的缺陷。Item 電池式的咖啡烘焙機-多元化加熱模組研製(2022) 羅詩凱; Luo, Shi-Kai自製烘豆機整體架構，包含紅外線穿透材料、熱風、紅外線發射管，是多元化的加熱模組。紅外線發射管的熱輻射，不需熱傳介質，有著良好的熱效應，並且其本身有著極高的熱電轉換效率，可以省掉大量的功耗，是值得選用的熱電元件。本論文研究開發的紅外線穿透材料，經過高週波加熱實驗驗證，可高過加熱源溫度的優異表現，乃因兼具蓄熱與高放射特性。光譜穿透性能驗證，此材料中的200度、1000度的光譜數據顯示出中遠波長的穿透率分別達90%、80%以上，因此在中遠波段有良好的穿透率。咖啡豆內的水份吸收此波段的能量，達到烘焙的效果。 自製機與市售烘焙機進行烘焙結果的比較，經過色度、失重率與NIR進紅外光譜儀量測的比較後，其烘焙程度結果闡明，能區分出淺焙、中焙、深焙的結果。 關鍵字：紅外線、熱輻射、紅外線穿透材料、紅外線發射管、熱風、烘豆機Item 鈀薄膜奈米蝕刻技術應用在成長層狀薄膜合成(2023) 王俊傑; Wang, Chun-Chieh本論文研究目的在於開發一個金屬鈀的原子層蝕刻製程技術，未來能應用在其成長硫化物層數的控制。蝕刻的過程由兩個步驟組成，分別為表面改質與化學移除。第一步，我們選用快速升溫加熱的方法對金屬鈀薄膜進行表面氧化改質; 第二步，藉由高溫蒸發甲酸溶液進行氧化層移除，甲酸可以選擇性蝕刻掉鈀跟氧的結而不蝕刻鈀。蝕刻率取決於氧化過程中所形成之氧化鈀層的厚度。在 300oC進行氧化並利用濃度 0.1M的甲酸進行蝕刻，得最小蝕刻率 0.684 奈米/循環。此蝕刻製程經多次重複循環得之誤差值小，證明甲酸蝕刻製程的穩定與再現性。本實驗同時進行鈀金屬的硫化物開發，利用傳統加熱爐，將硫粉和試片放在爐中，藉由改變硫粉用量、反應溫度與加熱速率，在溫度為450oC，經由 Raman 、 XRD與 TEM分析得知成功合成均勻二硫化鈀層狀薄膜。這二硫化鈀材料具半導體性，我們分別將它製作成電晶體跟光感測器來探討它的特性。作為電晶體元件，我們從量測的曲線中萃取出的載’子遷移率與開關比分別為 217.9 cm2/Vs 以及 103。在光感測器方面，我們在特定電壓下利用不同波長的光源照射，量測其特性。其中以638nm照射下有最佳的響應值22 毫安培/瓦、外部量子效率=7.48%、D*=4.68×1011。當二硫化鈀厚度降低光電響應效果更為明顯。相較二硫化鉬，二硫化鈀除了同樣有不錯的光、電特性外，也有較佳的室溫穩定特性與較低的製程溫度，對後段三維元件堆疊整合發展是相當具有發展潛力的材料與應用。Item 小型光學震動分選站以高流量魚鬆中的細微魚刺為例(2023) 陳晨光; Chen, Chen-Kuang魚鬆是我們日常中常見的食物用途廣泛，它經常被用在米飯、粥、包子、糕點和三明治等菜餚的配料或餡料上。它是由魚肉經過切塊、醃漬、烹飪、切絲、乾燥等等所製成。在這些處理之中還得處理一個問題:就是從一開始就與魚肉形影不離的魚刺，雖然不小心吃到魚刺是很常見的事情，也通常不會造成重大傷害。然而，根據魚刺的大小和卡住的位置，它可能會引起腸胃或是消化道的不適或輕傷，如果嚴重的話甚至有卡在喉嚨並導致窒息的風險，這些都會十分影響人購買以及食用魚鬆的意願。本篇論文從排除魚鬆中的魚刺這個前提結合了工業4.0(關於工業4.0在研究背景的部份會提到)的自動化概念:以設計出能夠在產線中使用的治具為目標從使產線作業人員能夠方便入料、接著透過震篩的概念、使用UV光來激發出魚鬆中魚刺的螢光再讓感測器與高速相機進行影像辨識、接著進行自動排除、到最後將沒有魚刺的魚鬆出料。期望整套系統能夠透過機構設計、軟體、硬體的相互配合、光學鏡頭辨識達到80%以上的魚刺辨識率與排除率，並真的能夠應用於產線上，使魚鬆的生產更為順利。