學位論文
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Item 石墨烯與光子晶體共振腔結構之表面電漿探討及其在生醫感測的應用(2021) 鄭宜陞; Cheng, Yi-Sheng近年來，光學感測器對於生醫相關檢測的應用逐漸受到重視，其快速、便利及其非破壞性的檢測方式是其一大優勢，此外，觀察物質的光學特性也為檢測提供了另一個判斷的依據，特別是藉由侷限表面電漿能量的奈米結構更是在生醫感測的領域被廣為應用。本論文以有限元素法針對光子晶體結構結合石墨烯的表面電漿的光學感測器進行設計與應用。所設計的感測器類型為擁有高度電可調性的混合電漿生物感測器，可用於辨識中紅外波段範圍內的蛋白質分子指紋。此類型元件設計由一個光子能隙結構和一個以缺陷形成的共振腔組成，以此將電漿能量限制在共振腔內，實現光與分析物之間的強交互作用，而單層的石墨烯佈置於腔體結構中，除了能夠增強表面電漿的效應之外，也提供了元件的電性可調能力，藉由在腔體中填滿欲分析之物質以進行感測。此外，也藉由不同材料特性的搭配及石墨烯所佈置的範圍作了兩種設計，文中也針對此兩種不同設計的結果深入探討。設計的元件具有很高的等效靈敏度，而等效靈敏度的定義為在將分析物添加到腔體中時共振頻率偏移對應於等效折射率所變化之比例，而等效折射率是同時考慮到腔體結構和分析物的光學特性所影響的參數，不同於其他感測器只考慮了物質折射率變化，為本文的特點之一。而此類型元件另一個優點就是透過向石墨烯施加不同的偏壓來實現廣範圍的電可調性，以此可以調整腔體的等效折射率來提高針對非預設目標分析物的靈敏度。此類型元件的結構概念是依據光子理論所設計，並可透過由下而上的生長的薄膜製程及蝕刻技術來完成元件的製作，此研究結果預期對於微奈米尺度生物樣品的識別和紅外光學感測器是有益的。Item 雙介面修飾之組合應用於反式聚合物太陽能電池之研究(2014) 謝幸樺; Hsin-Hwa Hsieh本研究提出使用2-萘硫醇(2-Naphthalenethiol,2-NT)與金奈米粒子對主動層兩側之緩衝層做介面修飾，可提升含氧化鋅奈米柱(ZnO nanorod)之反式聚合物太陽能電池效率。2-NT用於對ZnO奈米柱進行表面鈍化處理以減少氧缺陷，這個結果使太陽能電池之開路電壓提高，2-NT亦給予電子一個明確的方向，使電子傳導至陰極的過程中復合的機率變小；而金奈米粒子，利用散射效果及區域性表面電漿共振效應(Localized Surface Plasmon Resonance, LSPR)提高整體元件的光子捕獲量及激子解離率，藉此提升光電流與填充因子。同時藉由兩種介面修飾可以進一步提升上述之效果，使整體元件達到更高的效率。 本研究成功的整合製程與雙介面修飾法，元件經兩種方法修飾後之光轉換效率由2.02%提升至4.20%，其提升幅度將近200%，這是在ZnO結構之有機聚合物太陽能電池上之最高紀錄，也代表著對於高效率聚合物共混結構電池上開創了一種新的修飾方法。