學位論文
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Item 利用超穎材料和多孔微結構實現被動太赫茲元件之研究(2024) 伍姵蓉; Wu, Pei-Jung在光學領域中，傳統的光學元件，包括濾波器、吸收器和感測器，通常需要經過繁複且耗時的製程製作。然而，由於超材料具有卓越的特性，可以透過圖形設計實現其功能。在太赫茲波段的應用中，超材料工作頻段的可調製性引起了廣泛關注。此外，於太赫茲波段下所設計超材料的晶胞大小尺寸可以透過成熟的黃光微影製程實現，有助於改善太赫茲波段下光學應用的不足。本論文主要分為三個部分。第一部分探討了利用電控方式調製石墨烯帶，並結合多個方形環組成的超材料結構，形成太赫茲濾波器。透過調整方形環的尺寸，實現了多頻段濾波功能。此外，透過施加偏壓於石墨烯帶，能夠改變石墨烯的費米能階，進而將多頻太赫茲濾波器調整為單頻濾波器，可作為開關，對於6G通訊波段的發展具有潛在應用價值。第二部分著重於設計超材料作為超寬頻太赫茲吸收器，其在2.95至4.96 THz頻率範圍下表現出高達90 %的吸收率。同時，結合電控方式調製石墨烯，使吸收器的吸收頻段藍移，最高吸收頻率可達5.97 THz。值得注意的是，當改變入射角時，吸收體在大範圍的角度下仍能保持優異的吸收性能，表明此吸收器對於入射角具有不敏感性，有望實際應用於太赫茲偵測器。第三部分將太赫茲超材料感測器與多孔材料結合，用於氣體感測器。以可吸收一氧化氮之薄膜為例，利用鈣鈦礦結構鈦酸鋅與還原氧化石墨烯氣凝膠形成多孔材料，與超材料整合成超材料氣體感測器進行量測。在室溫下對於50 %的一氧化氮具有16.4 %的響應，且對不同氣體的具有高度選擇性，將實現室溫下以非接觸式氣體量測提供的可能，有助於生物醫學與穿戴式裝置的發展。第四部份將利用太赫茲超材料檢測極性液體，超材料上放置的目標材料達到一定厚度時，共振頻率變化飽和。為了有效利用超材料進行量測，需要考慮目標材料的光學特性，評估其可適用的最大厚度。超材料研究使得對薄膜介電常數深入研究成為可能，在此無需耗費大量材料。擴大檢測範圍允許深入研究各種極性液體對THz波的高度吸收的介電特性。這項研究有望克服THz波受極性液體吸收的限制，並在生物樣本檢測方面取得實質進展。總結而言，本論文致力於不同種不同太赫茲元件的開發，包括電控調製石墨烯超材料濾波器、具廣角不敏感吸收性的石墨烯超材料吸收器，以及高度選擇性的一氧化氮氣體感測器，與液體感測器。這些應用驗證了超材料在太赫茲波段的獨特光學特性，對太赫茲波段的應用將產生深遠的影響。Item 調控鈣鈦礦量子點發光波長及其相關應用(2024) 謝睿廷; Hsieh, Jui-TingItem 免標記多模態全像斷層造影技術與應用之研究(2024) 黃崇軒; Huang, Chung-HsuanItem 鐵電電容式記憶體增強開關比之技術(2024) 陳家弘; Chen, Jia-Hong鐵電記憶體（Ferroelectric Memory）是一種基於鐵電材料特性的非揮發性記憶體技術。鐵電材料具有自發極化的特性，即在沒有外加電場的情況下，材料內部會形成電偶極，並且這種極化可以被外加電場反轉，當施加一個電場時，鐵電材料內部的電偶極會隨電場方向翻轉，形成兩種穩定狀態，分別代表二進制的「1」和「0」，這種特性使得鐵電材料成為儲存訊號的理想材料。而鐵電電容式記憶體（Ferroelectric Capacitive Memory，FCM）包含在其中。此次研究首次展示具有SOI（Silicon-On-Insulator）基板和雙層HfZrO2（Double HZO，DHZO）的鐵電電容式記憶體其電容的開關比（Capacitive on/off Ratio，CHCS/CLCS）超過500倍。這一比率是FCM中的關鍵參數，表示記憶體可靠的儲存和檢索數據的能力。由於SOI在垂直方向上的空間限制，使得調控的空乏區域能夠在橫向方向上擴張以減少CLCS；此外，由於DHZO中高正交相（orthorhombic phase，o-phase）的比例，進一步增強CHCS，實現基於低電壓的飽和電容。對於DHZO-SOI FCM，實驗展示卓越的非破壞性讀取操作（Nondestructive Read Operation，NDRO），元件和讀取方案的操作週期均大於109次，並且在多階操作的4種狀態相比單層HfZrO2（Single HZO，SHZO）-SOI顯示錯誤率（Error Rates，ER）的改善。此技術包括DHZO和SOI的FCM是一個有前途的概念，具有潛在的非揮發性記憶體（Non-Volatile Memory，NVM）應用。Item 芳香療法透過工作記憶誘發痛經緩解之生物標誌物：腦磁圖研究(2024) 黃瀚生; Huang, Han-Sheng本研究探討檜木精油芳香療法對經痛的緩解作用，並利用視覺工作記憶任務來探討其背後的神經機制。吾人使用結構性磁振造影(sMRI)和腦磁圖(MEG)，來檢測檜木精油芳香療法如何影響女性受試者在腦磁圖掃描期間的視覺工作記憶任務表現。此外，吾人也測量了受試者的任務行為表現（準確率和反應時間），以評估整體工作記憶功能。研究共招募了 24 名健康女性受試者，在非月經期和月經期都進行了視覺工作記憶任務。吾人比較有無使用芳香療法的受試者在神經生理測量方面的表現（腦活化源的時空排列置換檢驗）。統計結果表明，經痛受試者在接受芳香療法後，準確率/反應時間的比率顯著提升，顯示芳香療法可增強經痛者的工作記憶效率。腦磁圖分析提供了視覺工作記憶任務期間誘發反應的高時間分辨率，可以精確判定大腦活動的變化區間。腦活化源定位分析識別出與經痛相關的特定大腦區域，包括記憶相關區域（left entorhinal cortex, inferior temporal gyrus, primary visual cortex, retrosplenial cortex, and presubiculum），這些區域在大腦記憶處理中扮演關鍵角色，在測驗期間可能形成更「簡化」的處理通路，其中刺激物可以輕易地被「匹配」，誘發「記憶痛感」反應；另外還有意識相關區域（insula and claustrum），可能涉及更「複雜」的處理路徑。這些測驗可能需要增加認知努力來識別「不匹配」項，並可能引發與意外刺激相關的情緒或「意識痛感」反應。這些結果表明，工作記憶任務可能作為檜木精油芳香療法緩解經痛效果的媒介角色，透過將特定時間範圍內的腦波能量集中在識別出的腦區。芳香療法可透過調節記憶和意識相關的大腦活動來減輕經痛。在腦磁圖掃描期間使用芳香療法後，這些與記憶和意識相關的大腦區域的活動減少，可能作為經痛緩解的生物標誌物。這些發現為進一步開發檜木精油芳香療法作為經痛的替代療法提供了依據。並對研究痛覺、記憶與意識的交互作用提供了嶄新的視角。Item 使用腦磁圖儀探討文組及理組對大腦活化反應特性之研究(2024) 蔡辰杰; Tsai, Chen-JieItem 發展利用非金屬材料之THz波前與振幅調製技術(2024) 韋怡安; Wei, Yi-An太赫茲輻射具有眾多獨特的特性，包括光子能量低、對金屬的高反射性、對水表現出強烈的吸收，以及對大多數介電材料表現出極高的穿透性。這些特性賦予太赫茲輻射在多個研究領域中的優越性。太赫茲輻射可提供有關分子之間低頻震動模式、氣體的旋轉模式和晶格內聲子模式等分子訊息，進而使太赫茲的吸收頻譜能夠清晰地分析同分異構物的組成模式。因此，太赫茲輻射在各種研究和實際應用中得到廣泛應用。然而，由於太赫茲波段相關設備仍相對缺乏，因此低耗損且高效的元件變得尤為重要。為了解決這一問題，本研究針對波前和振幅的調製分別使用了不同的方法。在波前的調製方面，採用了三種主要方法，包括透鏡、螺旋相位板以及超穎介面。透鏡利用造鏡者公式並搭配3D列印技術，透過常見3D列印材料的改良，最後所選用的材料為光固化樹脂混合30%的Al2O3，成功地製造耗損較小的太赫茲元件並有效的降低製造成本，可應用於多種系統架設及應用。隨著未來6G通訊波段提供更高速度、更大容量和極低延遲的可能性，相關研究正積極進行。在這方面，具有軌道角動量的螺旋光束展現出相當大的應用潛力。螺旋光束的拓樸數可以是任意整數，且不同拓樸數的螺旋光束呈現正交性，適用於增加通訊通道。因此要能產生這種具有軌道角動量的螺旋光束就非常重要，本研究利用了兩種方式來實現，分別是螺旋相位板以及超穎介面。螺旋相位板利用3D列印方式製造，所選用的材料與製作透鏡時相同，形成可以隨著空間旋轉的螺旋階梯狀結構，進而產生相位隨著空間旋轉的環形光斑。而超穎介面則利用表面電漿共振及Pancharatnam-Berry (PB) phase的原理，設計出漏斗結構的超穎表面，達到空間上不同相位分佈的狀態，進而實現螺旋狀的波前。在振幅的調製方面，有兩種主要方法。首先，利用磁流體其優異的磁致特性進行調製。這種方式在施加弱磁場時，磁流體中的奈米粒子會排列成鏈狀分布。透過調整磁場大小，使得鏈狀結構的緊密程度發生變化，當鏈狀之間的間距與入射光達到共振時，即實現了振幅的調製效果。其次，受到磁流體和3D列印技術的啟發，提出了第二種方式。這種方法將鏈狀結構類比為一維光子晶體，類似光柵結構。由於太赫茲對於許多介電材料有著高穿透的特性，通過適當設計結構尺寸並搭配合適材料，使其能與入射光產生高品質因子的共振。因此這種方法可以成為一種設計簡單、製程單純的元件製作方式，並在振幅的調製方面發揮作用。總而言之，這項研究不僅探討了太赫茲調製器在波前和振幅方面的特性與設計，更成功地實際製作出符合成品來匹配模擬結果。這一系列有效的調製方法為太赫茲技術的發展和應用開啟了嶄新的前景。Item 鐵電材料於陣列記憶體之製程研究及需求(2024) 李宗翰; Li, Zong-Han伴隨著技術節點的演進，元件尺寸不斷的微縮，電子元件須滿足低功耗、高密度、高效能以及尺寸微縮等特性，鐵電鉿基氧化物因其天然的雙穩態、高速運行和低功耗而在記憶體應用中引起了廣泛關注，嵌入式非揮發性記憶體和存儲級記憶體可以透過積成鐵電氧化鉿鋯來實現鐵電隨機存取記憶體。近年來鐵電材料於記憶體領域得到廣泛的研究，由於鉿基氧化物鐵電材料具有與陣列記憶體製程優異的相容性，相比傳統鈣鈦礦的鐵電材料成為新興記憶體的候選者之一。本論文研究分為三個部分，第一部份透過台灣半導體中心以及國立陽明交通大學奈米中心提供的機台開發出不同材料厚度的記憶體，第二部分為開發鐵電材料運用於陣列記憶體的製程，第三部分透過原子層沉積系統調變不同前驅物沉積順序，分別開發固態溶解與超晶格之鐵電氧化鉿鋯堆疊製程，並使鐵電層厚度再減薄，達到降低操作電壓效果，超晶格的結構有助於鐵電氧化層的結晶，進階將其應用於記憶體陣列的運用。Item 基於多孔隙半導體材料的二氧化氮氣體感測器之研製(2024) 陳宥任; Chen, You-JenItem 高熵合金薄膜之太赫茲光電特性研究與其在超材料調製元件之應用(2024) 陳韋翔; Chen, Wei-Hsiang