100學年

上層分類：研究內涵 分類：100學年 發佈於：2012-11-21, 週三 23:48

熱燈絲化學氣相沉積奈米鑽石薄膜於石英基板之研究

　　　本研究以熱燈絲化學氣相沉積系統，以甲烷與氫氣混合氣體做為反應物，利用田口法L9(34)直交表規劃設計實驗，探討碳源濃度、腔體壓力、基板溫度及總氣 體流率等因子對於沉積奈米鑽石薄膜於石英基板之影響。並以薄膜成長速率、表面粗糙度及可見光穿透率為品質特性，利用訊噪比(S/N ratio)與平均值找出品質特性之最佳參數組合，配合變異數分析(analysis of variance)與F檢定去除影響力較低之因子後，求出最佳值預測。過程中以掃描式電子顯微鏡及原子力顯微鏡檢測試片表面形貌與粗糙度、拉曼光譜儀檢測 鑽石特性峰及光譜儀檢測可見光穿透率。本研究並以電泳沉積法及Polyethylenimine附著法等方式，討論此兩種非破壞性輔助鑽石成核方法對成核 密度影響。最後在最佳化參數為12 %之碳源濃度、10 Torr之腔體壓力、600 ℃之基板溫度及總氣體流率為100 sccm的製程參數條件下，於可見光穿透率可達60 %左右，且在95 %信心水準下預測值與實驗值之信心區間有重疊的部分。

 

 

不同碳系電極對大腸桿菌微生物燃料電池性能影響之研究

　　因申請專利緣故，資料延後公開

 

飛秒雷射於透明材料加工特性之研究

　　本論文主要研究與探討飛秒雷射加工於透明材料之特性，分別針對雷射於軟性透明材料之表面處裡、內部改質以及硬脆透明材料微加工改質後配合蝕刻之製程等三個 部分進行討論。此外，為了有效掌握實驗設計所提出的改質配合蝕刻之製程方法，本研究同時利用數值計算方法擬合實驗結果，藉此了解實驗結構成形之過程，進一 步決定實驗時之加工參數設定與結構設計。 在表面處理方面，主要以飛秒雷射於PET表面加工一維光柵結構，藉此提升PET材料表面之疏水特性。傳統 的電漿表面改質方法，往往都具有時效性，本研究使用飛秒雷射加工之結構性疏水表面，能有效使原本親水性表面(Contact Angle, C.A. = 39.37o)的PET材料，大幅改善為高疏水性表面(C.A. = 128.47o)。 在內部改質方面，實驗利用飛秒雷射聚焦於可撓性透明材料PDMS內部，加工一維繞射光柵結構。其加工後之元件，透過二極體雷射垂直入射後，能有效產生多階繞射圖案，達到光束分光之效果。 在 內部改質配合蝕刻製程方面，本研究提出一快速加工成形三角(V-Cut)微光柵之方法，實驗首先透過飛秒雷射聚焦於透明玻璃材料內部，使材料內部於聚焦點 處產生鍵結破壞，利用移動平台掃描加工製作內部改質之一維光柵圖案；而後，再透過氫氟酸進行化學蝕刻成形結構。由於受改質之區域，其材料鍵結斷鍵破壞分子 結構，使該區域之材料與蝕刻液反應較為迅速，因此蝕刻過程在改質區與未改質之材料間，會產生不同之蝕刻速率達到非等向性蝕刻的特性，藉此顯影成形V- Cut微光柵結構。為了拓展製程應用範圍，實驗另外設計與製作二維微稜鏡與三維光子晶體兩種結構。 在數值計算與模擬方面，本研究提出一針對雷射聚 焦能量分布與材料吸收之簡化方程式，能夠快速計算飛秒雷射於透明材料內之有效改質區域範圍；了解改質區範圍後，便可透過模擬軟體設計飛秒雷射改質模型，再 配合化學反應通量之模擬，計算改質配合非等向性蝕刻之結構成形過程，並且與實驗結果作比對分析。在對應的蝕刻比參數下，模擬結果之表面形貌，能確實符合實 驗V-Cut微光柵結構之結果，並且進一步擬合較複雜的二維微稜鏡與三維光子晶體結構。 本論文成功地運用飛秒雷射於透明材料加工之特性，於軟性基材表面與內部進行改質處裡；另外，研究主要發展一種於透明玻璃材料進行內部改質，並且配合化學蝕刻之微奈米結構快速製程方式，同時以模擬計算方式分析其結構成形過程，藉此能輔助實驗於結構設計上之需求。

 

利用影像方法於移動平台偵測移動物體

　　微本研究旨在利用影像作為感測器在移動平台上偵測場景中的移動物體。因為場景與物體皆在運動，因此無法使用傳統的光流法或影像差異法找出移動物體。本研究提出 兩種方式在移動平台上尋找移動物體，一般化之靜止場景三維模型重建法與適用於尋找接近中移動物體之單相機特徵尺度追蹤法。並實際透過室外場景之影像對上述 演算法進行驗證。 本研究針對靜止場景三維模型重建法先於室內建立特徵點豐富之場景驗證演算法的可行性，證實此方法可以重建靜止場景因相機運動 所造成的特徵點位置變化，且與預測不符的特徵點為移動物體所產生。在室外場景，因場景非刻意安排，特徵點的對應較室內困難。本研究提出以同一影像中最接近 對應作為一般化對應距離之參數，作為評價對應之標準。此對應標準較直接使用對應距離閥值或是尋找最小對應等方式有更高的對應成功率。在室外場景，因物體分 布的距離變化大，直接重建轉換模型將導致立體座標點之形變。本研究提出以遠特徵點與近特徵點分別計算旋轉矩陣與平移向量的模型方式，較既有的利用最小平方 法建立剛體轉換模型有更快的運算速度。透過改良的轉換模型重建方式，本研究成功的於戶外移動場景中找到移動物體。 另外，為了能夠達到即時運 算，本研究提出針對向後照射之單相機，尋找接近中移動物體之快速演算法。利用追蹤特徵點之尺度變化，找出尺度漸增的特徵點，並以特徵點之間的相對關係加以 精緻。此方法成功於室外場景中找出接近中的移動物體，且處理速度可以達到每秒4.4張影像。

 

微奈米鑽石場發射端製作及其特性研究

　本篇論文研究中是以微波電漿輔助化學氣相沈積法，成長超微奈米鑽石薄膜並製作超微奈米鑽石平面場發射元件。我們使用不同的機台參數來成長鑽石薄膜，使新的 機台達到穩定的狀態，並探討其電子場發射特性。實驗中發現，成長超奈米鑽石薄膜以及微米鑽石薄膜，分別在功率120 W、壓力130 torr以及功率120 W、壓力80 torr時，其表面型態和拉曼檢測結果最好，且機台相對較穩定。另外，進而使用兩種參數長成的複合鑽石薄膜，其電子場發射特性也較佳。 待至機台穩定，且找出較佳的成長參數後，則選定其組合參數，製作微奈米複合鑽石薄膜為陰極材料的鑽石平面場發射元件。為了降低製作成本，本研究首先將以雙 面拋光矽片為基板，成長完鑽石薄膜的試片，利用陽極接合儀器和Pyrex 7740玻璃接合在一起，以取代昂貴的SOI矽片；接著再利用犧牲層結構來製作出實驗需要的兩極結構，並討論不同幾何結構對元件場發射特性的影響，另外也 藉由改變針尖之間的間距以及針尖的角度銳、鈍，來觀察電流大小和電流密度的變化。 最終利用了簡單有效的製程，且得到當元件擁有適當的針尖高度和兩極距離，其針尖距離約為24 μm的結構配置有最佳的場發射特性，起始電場為46 V/μm，可達最大電流為39.5 μA(208.4 mA/cm2)。

 

影像處理技術於果蠅活動能力監測之研究

　由於果蠅的基因與人類有60%的相似度，且果蠅各種行為與人類相似，諸如：睡眠行為、求偶行為等。果蠅亦具有生長周期短、基因轉植技術成熟的優點，尤其是 人腦的神經結構複雜，果蠅腦神經結構相對於人腦較為簡單。因此，果蠅在行為學以及腦神經科學領域被大量的運作為研究的對象。而過去研究中多利用人力方法進 行數據的分析，此方法容易造成誤差以及浪費人力資源與時間。 本研究目的在於運用影像方法針對果蠅睡眠行為與果蠅對氣味產生的行為開發程式以進 行分析，期望藉此達到減少人力資源與時間的浪費。為研究果蠅於平台內的行為需要先將果蠅由影像中抓取出來，使用影像處理方法中的瞬間差異法與背景消去法進 行移動物的擷取，其中為了取得最好之背景影像運用多張影格合成，加以運用二值化方法與形態學方法去除雜訊以及將相連之個體分離。在睡眠行為研究上開發出可 以同時偵測果蠅運動、休息與睡眠三種數據之程式，並運用統計方法定義出休息狀態之參數。此外，運用影像處理方法模擬現行睡眠實驗使用之 Drosophila Activity Monitoring System(DAMS)，驗證針對本研究所使用之影片其影像處理方法有較正確的分析結果。而在果蠅對氣味所產生的行為分析軟體上可以針對多隻果蠅在平台 內之分布情形進行統計，並經由實驗驗證此自動化系統與分析程式之成效。藉由這些行為研究程式的開發，有助於有效提高實驗的效率，並且取得最正確之實驗數據。

 

矽晶穿孔結構之熱應力分析

　近年來，三維立體晶片整合(3D Integration)是一項相當具有發展潛力的一項關鍵技術，不但可提高系統式封裝的密度，並可達到異質晶片之整合。其中矽晶穿孔(Through Silicon Via, TSV)結構是用以連結不同層之晶片的內部線路，但是晶片之散熱方式及其TSV材料間的熱膨脹係數不匹配，所以在往覆的溫度熱循環測試之負載之下，會有應 力集中(Stress Concentration)的現象發生，導致結構發生破壞行為降低電子元件的可靠度。 本論文利用有限元素軟體 ANSYS®進行TSV結構之力學模擬分析，針對具有矽晶穿孔之陣列及TSV接合部位的晶片堆疊結構受到加速熱循環測試極限溫度附載時之熱應力模擬，針對 其結構幾何參數進行探討並分析其應力發生原因。另外，並將參數化分析的結果搭配實驗設計中的因子設計法(Factorial Designs)，進行該結構的變異數分析，找出影響應力最顯著之設計因子。 根據分析之結果，TSV陣列熱應力模擬結果顯示，在TSV空孔邊緣之 金屬鎳會受到熱膨脹而拉伸或是收縮，使得此處產生最大應力。另外，在二氧化矽與矽的接面也會有應力產生，可能會使材料間發生脫層。此外在TSV參數分析 中，減小墊片尺寸最能有效降低熱應力並且根據模擬結果也發現，降低填孔直徑比例與增加TSV之間距也可有效降低其應力。利用以上結果，本研究將得到在 TSV陣列中之熱應力分布情形，並可用以找出TSV結構發生破壞的位置。

 

以不同高寬比之陽極氧化鋁為模仁成長奈米鑽石針尖場發射特性之探討

　因申請專利緣故，資料延後公開

 

高強度及高傳導性質的銅合金/奈米碳纖複合材料之研究

　本研究使用奈米碳纖與銅合金材料製作複合材料，期望能藉由奈米碳纖(氣相成長碳纖維，VGCF)加強銅合金材料的機械性質。銅鈦合金粉末(鈦含量0.4 mass%)與混合用油、奈米碳纖依序以球磨機、振動研磨機均勻混合。接著以放電電漿燒結機，在溫度1223 K、真空環境下進行燒結，燒結後的圓柱型材料以加熱爐，在氬氣環境、1073 K 的溫度下預熱後擠出。結果上，銅鈦合金材料在未添加奈米碳纖的情況下得到的降伏強度與電傳導率分別為254.7 MPa及46.0 IACS%。而銅鈦/奈米碳纖複合材料的強度略低於銅鈦合金，傳導率卻有近兩倍的提升。與相同製程的純銅材料相比，傳導率僅下降10 IACS%，強度卻提高了約兩倍。本研究同樣將銅矽合金、銅鉻合金材料與奈米碳纖製作複合材料，作為銅鈦/奈米碳纖複合材料的對照，並提出複合材料製作過 程中的反應機制，對於材料機械特性的變化進行討論。