Top PDF 利用發光二極體進行普朗克常數量測

肆、 結語 相較於光電效應，利用發光二極體進行實驗並取得普朗克常數，具備體積小易攜帶、價 廉具推廣性，但所呈現的物理現象較不直觀。依據 108 課綱中「十二年國民基本教育課程綱 要國民中小學暨普通型高級中等學校─自然科學領域」之規範，高中學生於物理必修課程中 應已習得光子能量𝐸 = ℎ𝜈的概念，而普朗克分析黑體輻射現象並提出量子論解釋，則在加深 加廣選的修課程中出現。但課綱中未有明列半導體相關知識，因此學生應未學習過半導體相 關知識，因此較難想像 p-n 接面所發生的狀況。在實際授課上建議可先從 Si 晶體結構與電子 組態進行教學，接著介紹原子摻雜的方式與作用，由此衍生 p 型與 n 型半導體材料、電子與 電洞的概念，此時或許也可加入霍爾效應(Hall effect)強化學生對羅倫茲力(Lorentz force)及載 子的認識。而要驗證 p-n 接面的內建電場就必須從元件的電流－電壓曲線去進行物理模型的 解釋，國高中生對電流－電壓曲線的認識，應是由接觸歐姆定律(Ohm’s law)而來，針對金屬 材料，其電流－電壓曲線為一斜直線稱符合歐姆定律，因此二極體就是一個典型不符歐姆定 律的電子元件，所以建議可以先針對各類材料或元件的導電性質及電流－電壓特性曲線作介 紹，之後再進入本實驗所涉及的現象解釋與數據取得，如此整個教學脈絡才會較為完整與流 暢。

二、實驗方法 實驗採用 39 × 39 × 1 mm 之 Cu 基板與 Glass 基板。首 先將研磨後的 Cu 基板與一般 Glass 基板依序浸入丙酮、甲 醇和去離子水，並置入超音波震洗機各震洗 10 分鐘，震洗 完畢後用氮氣槍將基板吹乾，置入烤箱以 100 °C 烘烤 10 分鐘去除多於水氣。再利用與工研院材化所合作調製的 UV 膠，將 UV 膠旋轉塗佈於基板上，並照射紫外燈 20 秒 固化。隨後將基板置入金屬蒸鍍腔體，在真空壓力 4 × 10 -6 torr 下以熱蒸鍍方式依序蒸鍍金屬 Al，及高功函數金屬 Au 作為反射陽極結構。完成後將試片置入有機熱蒸鍍腔體 中，於真空環境壓力 2 × 10 -6 torr 下依序蒸鍍電洞注入層 (4,4’,4’’-tris (n-3-methylphenyl-n-phenyl-amino) triphenylamine, m-MTDATA)、電洞傳輸層 (n,n’-bis (naphthalen-1-yl)-n,n’- bis (phenyl)-benzidine, NPB)、發光層兼電子傳輸層 (Tris (8-hydroxy-quinolinato) aluminium, Alq 3 )，最後將試片置回 金屬蒸鍍腔體蒸鍍陰極結構 LiF/Al/Ag。其中元件陰極為半 透明金屬膜，故總膜厚不得超過 20 nm。元件製作完成後，

摘要 本論文中，我們利用改善主動層品質及優化量子井結構等方式,試圖提高氮 化鎵發光二極體於高電流時的發光效率.我們將低溫成長之氮化鎵薄膜置於 n-GaN及主動層間,並將此樣品與一般所使用的InGaN/GaN prestrain layer及未做 任何結構之樣品作比較。並更進一步探討在高載子濃度下的LED發光效率.並用 漸變式量子井結構進一步改善效率隨載子濃度遞減之情況。我們利用光激發螢光 (Photoluminescence, PL)、電激發螢光(Electroluminescence, EL)、以及Advanced Physical Models of Semiconductor Devices (APSYS)模擬軟體等進行樣品的光學與 電特性分析。

在此論文當中，我們提出於氮化鎵與藍寶石基板接面製作二氧化矽 奈米柱陣列，以提高氮化鎵發光二極體發光效率。藉由穿透式電子顯微 鏡剖面圖可觀察到氮化鎵在側向成長過程中，氮化鎵與藍寶石基板接面 所形成的空氣洞以及氮化鎵中的 Stacking fault 有效地減少穿透缺陷 密度，此外我們分別從 X 光繞射及光激發量測從得知氮化鎵磊晶品質有 所改善，相較於傳統氮化鎵發光二極體，出光強度及內部量子效率都有 所提升，利用此方法可增加光萃取效率及改善氮化鎵磊晶品質。

v 最佳的球友，以後有機會還請你繼續給我指教。陳建誌學長與陳俞中 學長，兩位奈米中心的中流砥柱，在實驗的好多製程都要感謝你們的 幫忙。張岱民學長，我們算是革命的夥伴了，一開始進入一個全新的 領域真的很辛苦也很茫然，從一開始的大海撈針，到中間的土法煉鋼 搭配很多的腦力激盪最後才摸索出來方向，一路讓這個題目發展到現 在，雖然沒有做出成果可以讓你發表論文實在是非常抱歉也感謝你對 我龜毛個性的包含，也希望你在往後可以繼續實現我們的想法，祝福 你。張勝傑學長，沒有在閒暇之餘一些運動還有娛樂的陪伴，我可能 已經憂鬱症發作了，祝你實驗順利。

即使孔洞內填充 SiO 介電值會增加金屬損耗，仍可藉由傳播模態 2 提升穿透率以及散射機率的提升來增加元件外部量子效率。研究中發 現孔洞與週期長度 A/a 比例必須控制恰當，在固定週期長度 A=0.35 μ m 下，過小的孔洞長度 a 0.31 m ≤ μ 會有較低的穿透率及較高的金屬 損耗導致外部量子效率下降。過大的孔洞長度就算有較高的穿透率及 較低的金屬損耗，卻因為布拉格散射機制的降低使得外部量子效率下 降。針對不同的孔洞長度 a 其電極厚度也會影響，必須將電極厚度設 計在第一階 Fabry-Perot 干涉的位置才能有最好的外部量子效率。此 外 觀 察 發 現 孔 洞 的 長 度 越 小 則 電 極 厚 度 需 較 厚 才 能 達 到 第 一 階 Fabry-Perot 干涉。

時光。感謝我的好師傅好球友好牌友才子宗祐，挖礦心機超重又一直 被我煩又常幫我的峻仰學長、鋼琴手大砲、認真幽默的家治，讓科一 既溫暖又有趣。感謝一夥人三國殺的牌友！殺殺殺！ 我最親愛的 chan chan 學弟，真的很謝謝你在我實驗煩躁時的鼓 勵，讓我有前進的動力；一直關心我的實驗進度還幫我送便當；陪我 熬夜量 鐵定找得出來的藍光 ，與大爺、老大一起在 那個地方 量脈衝寬 度，有你們在我不感到實驗辛苦。謝謝笑點很低的氣質正妹書瑩，有 你在就不會肚子餓耶，在我哀哀叫的時候總會掛著那甜美的笑容像哄 小孩一樣，好窩心。好帥好帥的阿帥宗睿學弟，常被我拉去做實驗聊 天跟到處趴趴走，雖然你常做很多很愚蠢的事情，但是做起正事來卻 很認真，感謝你的友情相挺！謝謝魔術方塊超屌的書楷經理，常常很 貼心我都有知道喔，還教我世紀，雖然偷偷說 撿破爛的 被我聽到，嘖。

利用圖樣化的藍寶石基板，我們製作了兩種不同結構的發光二極體，其一利用兩次 基板轉移以及雷射剝離技術，將基板作為一個底部的反射鏡，在這一部份之中，模擬和 量測的結果皆顯示，元件最高可以提高約40％的發光效率，兩者互相吻合。 其二是利用圖樣化藍寶石基板作為發光二極體磊晶層的基板，此舉可以同時提高磊 晶層的品質並且改善元件的光取出效率。由量測中我們發現，這樣的結構在20mA的電流 之下，可以提高40％的發光效率，和模擬的結果相為呼應。並且，在信賴度測試之中，

自此光週期遂被利用於包括菊花在內的 感光性植物栽培，不僅使得菊花生產盛 行，也連帶推動品種選育與栽培工作。 時至今日，各國已選拔出豐富多樣的菊 花栽培品種，以供應不同的季節及商業 需求。在台灣菊花亦為經濟栽培的花卉 作物之一，其切花之瓶插壽命長，花色 及花型多變化，容易進行產期調節達到 全年栽培生產。依據行政院農業委員會 2014年出版的「農業統計年報」資料顯 示，全台菊花切花栽培面積有逐年減少 現象，但每公頃產量則有提高趨勢。在 2010年栽培面積約為827公頃，每公頃 產量達 22,982千打，而2013年則為745公 頃，每公頃產量達 23,748千打，以彰化地 區之田尾及永靖一帶為主要栽培區域。

誌謝 鳳凰花開時,驪歌響起,這個屬於畢業的夏季也隨者這篇論文的收尾展開 了！回首在學校的兩年,ㄧ切彷彿都已經成為我腦海中的寶貴回憶,踏遍 NDL 的 個個角落,兩年來的記憶,一股腦的全衝上了心頭,各式各樣的機台編織了這篇論 文的撰寫,實驗的過程深深的被烙印,點點滴滴都令我無法忘懷。陪伴著我走過這 段黃光室歲月的人們,我抱者無限的感激：小強、小朱學長細心的指導,宗頂是最 好的戰友,柏傑與黃伸為這裡帶來歡笑,因為有你們讓這冷冰冰的製成室裡好不 寂寞！越過了荷花池來到了 401,文凱那日漸肥胖的身軀述說著大夥出遊那份玩 耍的快樂,意偵與游敏在實驗上的協助,歷歷在目,心中的感謝無法用簡單的言語 形容。雙手輕放在光學儀器上,慢慢的閉上眼,這裡我擁有過的實驗失落、疑惑、

TW 200947767A1 審查人員：謝靜旻 [57]申請專利範圍 1. 一種發光二極體，包括：一基板；一緩衝層，成長於該基板之上；一 n 型層，成長於該 緩衝層之上；一多重量子井層，成長於該 n 型層之上；一 n 型摻雜層，成長於該多重量 子井層之上；一 p 型層，成長於該 n 型摻雜層之上，並與該 n 型摻雜層直接接觸，且該 n 型摻雜層與該 p 型層形成一埋入式 p-n 接面；一透明導電層，成長於該 p 型層之上；

B. 藍光 LED 激發有色螢光粉 使用藍光 LED 激發黃色 YAG:Ce 螢光粉 6 ，利用互補色原理得到白光。在 R. Mueller-Mach 等人論文中依照黃色螢光粉的比例不同 7 ，可調配出色溫介於 3500~5200K 左右之色光，此作法 之優點與不同色 LED 混合相比，只要兩種色光混合其演色性就達到 80 左右，如果想要將演色 性指數更加提升至 90 以上，加入除了黃色螢光粉外再加入紅色螢光粉。以藍光 LED 激發不同 色螢光粉之作法，雖然可以得到較高之演色性，目前市面上也有很多以此方法做成之商品，但 因為長時間點亮時 LED 電流轉換不完全使得光源產生熱能，持續累積的結果，導致 LED 溫度 上升，碰到與多色 LED 混光相同的問題，就是藍光 LED 峰值波長產生位移現象 8 ，使得與所激 發出之黃光相混合時色座標偏離原有之預設值，而偏離原有峰值之藍光 LED 所激發出來的其他 色光也會與原有之色光有所出入或強度改變。我們希望的光源是可以長時間點亮也不會改變色 座標或是改變的範圍是人眼所無法辨識的可接受範圍之內。

一、 前言 近來，發光二極體(light-emitting diode, LED)已成為熱門的研究主題。相較於傳統光 源，LED 擁有較高之可靠性、較短的反應時間、無污染以及壽命長等優點。並且可應用在 許多方面，例如手機與顯示器之背光源、交通號誌燈、固態照明。其中白光 LED 更是現今 熱門探討的照明光源，根據其製造方式可大略分為，使用 RGB 三原色的 LEDs，調整所通 電流量，並由透鏡混合形成白光；利用藍光 LED 激發黃色螢光粉來產生白光；或是使用 UV LED 激發 RGB 三色螢光粉以產生白光等。然而上述各種方法卻可能面臨著專利限制、

區侷限在 HTL/EML 接面與發光層中間，當綠光的激發子擴散往陽極方向時， 則會被紅光客發光體所利用，若往陰極方向，也會被其它綠光客發光體利 用，使得元件的外部量子效率能高於雙主發光體元件。並且作者認為，使 用二種不同傳輸特性的主發光體共同均勻摻雜，會使傳輸電洞或電子的分 子彼此之間距離增加，造成發光層的載子遷移率下降、電壓上升，而在造 近陽極端的區域，通常電子已經消耗完畢而不需電子傳輸材料的傳導，相 較於雙主體發光體，漸進式結構更能減少這不必要的電壓 [22] 。作者也製作 了磷光紅光的漸進式元件並量測操作壽命，漸進式元件之效率依然高於雙 主發光體元件，但元件操作壽命卻與傳統異質接面元件相當，並低於雙主 發光體元件，如圖 1-15，作者表示原因尚待釐清 [23] 。

3. 請依學術成就、技術創新、社會影響等方面，評估研究成果之學術或應用價 值（簡要敘述成果所代表之意義、價值、影響或進一步發展之可能性）（以 500 字為限） 有機發光層是有機發光二極體(OLED)的主要發光層，該層為透明薄膜層，若要利用人工檢 測方式極為困難且容易失誤，故目前極需建立一自動化及客觀系統，使得專業檢測能更具 標準化與效率，所以本研究針對有機發光層瑕疵外觀，應用影像處理來開發一套自動檢測 系統，而檢測的有機發光層瑕疵包括刮痕、氣泡、塗佈不均、雜點四類。此系統開發所需 之理論與技術，極具學術價值，因有機發光層為透明層所以需要利用紫外光線激發瑕疵樣 本，瑕疵部分會被激發顯影，再進而擷取該瑕疵影像。在影像處理過程中，先利用中央加 權中值濾波器減少脈衝雜訊，由於瑕疵影像灰階差異不大，無法以一固定門檻值完整分割 所有瑕疵類別，故使用統計式門檻值決定灰階值大小，以選擇一個或兩個最佳門檻值來分 割出瑕疵區域，再配合形態學中的閉合運算使瑕疵輪廓更平滑完整，並選擇瑕疵厚度、質 心灰階對比和緊緻性做為瑕疵特徵。在瑕疵樣本方面，搜集 80 筆瑕疵樣本，利用模糊類 神經建立資料庫且分類，並規劃以不同數量之訓練樣本與固定的測試樣本進行實驗，結果 顯示在訓練樣本為 30 筆以上時，其辨識率皆可達到 100%，驗證了模糊類神經網路在訓練 樣本足夠的資料庫下，可獲得相當準確的辨識率，成功被應用於 OLED 有機發光層瑕疵自 動檢測系統。由於此自動檢測系統之高辨識結果，且開發過程皆考慮未來應用之可能性，

我們藉由X-ray光電子能譜探測儀(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)觀察PEGDE膜於元件表現提升之原 因，探測結果發現有PEGDE之樣品其於高分子膜外層與金屬Al原子形成一非常薄的氧化層，此氧化層有效 抑制金屬Al擴散入高分子發光層中，避免再結合區域遭到破壞；然而將金屬Al置換為金屬Ag後，相同利用 X 光光電子質譜儀量測高分子膜與金屬Ag介面，卻沒有類似金屬Al樣品在介面產生鍵結之現象，因此認為 PEGDE 對於金屬有選擇性，在搭配金屬Al下，可因介面鍵結產生，影響元件表現。

並將背光面板分成四個獨立區域進行區域調光控制，更進一 步提高畫面對比度與影像品質。為使背光源光利用率提升， 提出場色序法顯示技術依照固定時序驅動不同順向導通電壓 之 RGB LED，為達驅動不同發光二極體導通電壓提出以 dsPIC 全數位控制之四相交錯式降壓轉換器操作於不同模式達到快 速變動輸出電壓，進一步減少穩流電路之功率損失及輸出電 壓漣波，提高整體系統效率。區域調光機制方面本計畫以 FPGA 為核心搭配人機介面將背光源分成獨立的四個區域成功 完成混色及區域調光控制。最後本計畫完成一低漣波、高調 光比之數位控制型 RGB LED 背光源。

2. 如申請專利範圍第 1 項所述之發光二極體，其中，該散熱膜層更包括至少一第二鑽石金 屬層以及至少一第二附著層，且該第二鑽石層及該第二附著層係設置於該第一鑽石金屬 層及該保護層之間。 3. 如申請專利範圍第 2 項所述之發光二極體，其中，該第二鑽石金屬層以及該第二附著層 係交互層疊。

實驗結果由表 1-2 可知，LCF 元件普遍比 MH 元件擁有較佳的電流與 功率效率，而調變紅、綠客發光體比例發現，LCF 元件之外部量子效率皆 維持在約 16%，而 MH 元件之外部量子效率皆低於 12%。作者認為由於 LCF 的結構使電洞、電子之再結合區侷限在 HTL/EML 接面到發光層中間的範圍 內。當激發子擴散往陽極方向時，則會被紅色客發光體所利用，若往陰極 方向，也會被其它綠色客發光體利用，使得元件的外部量子效率能高於 MH 元件。作者更提出在 MH 結構方面，使用二種不同傳輸特性的主發光體共 同均勻摻雜，會使得分子與分子彼此之間的距離增加，造成發光層的載子 遷移率下降、電壓上升。而靠近陽極端的區域，通常電子已經消耗完畢而 不需電子傳輸材料的傳導，相較於 MH 系統過多未複合的載子，LCF 結構 更能減少這不必要的電壓 [26] 。

我們也將針對各元件進行 FTIR 紅外線吸 收光譜實驗、photoluminescence 實驗、 拉曼吸收光譜實驗、以及 step scan FTIR 發 射 光譜 實 驗。綜合各實驗所得的結 果，以便瞭解生命期中 radiative transition 與 nonradiative transition 的相對大小，以 及造成 nonradiative transition 的主要原 因。在未來的計畫中，我們將沿用這些 成果，持續發展利用奈微米結構所設計 出的光電元件。