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科儀發展動態

塑膠記憶體開發

來自普林斯頓大學以及 HP 的研究團隊結合塑膠與矽製作出一種新型的電子式 記憶儲存元件。與傳統的 CD 寫入機相比,這項突破可望提供更經濟、快速、方便的 資料儲存方式。

此種寫入後可多次讀取的記憶體 (write once read-many-times, WORM) 製作步驟 相當簡單。將導電塑膠 (PEDOT) 鋪設在已製作完成的非晶矽二極體上,再藉由輸入約 10 伏特的電壓即可改變塑膠材料的永久性物理變化。雖然僅能寫入一次,但資料卻可 長期重複讀取。

WORM 的儲存容量可達 1 Mbit/mm2,比最佳的磁性記憶體容量小了 一百倍,適用於廉價的影像資料存檔,有可能取代程式化唯讀記憶體 (EPROM) 或 快閃記憶體。低溫製程與簡化的電極製作方式將可大幅提升容量密度與降低製作成本, 該技術的未來發展仍待觀察。

真空技術研究室 郭守義

奈米碳管的毒氣偵測器開發

美國海軍研究實驗室 (Naval Research Laboratory, NRL) 開發出使用奈米碳管的 沙林毒氣偵測器,較現有偵測器靈敏,可達 1 ppb (ppb 等於十億分之一)。

他們先在爐內長出互連的單層奈米碳管 (single-walled carbon nano-tubes) 網路, 再用光學微影技術接上電極陣列,最後將之鍍在 50 mm 長、3 mm 直徑的石英管內壁上。

單層奈米碳管表面吸附化學神經毒氣會造成奈米碳管電阻大幅地增加。神經毒氣等 氣體分子具有強烈的電子受體 (electron donor) 特性,若吸附於奈米碳管會降低電洞 密度,而提高其電阻值,若吸附物為常見的空氣、碳氫化合物、水氣及氨氣,則無任何 反應。此現象將使奈米碳管大量地應用於化學偵測器中。

真空技術研究室 柯志忠

奈米電路的發展

為了將現有的半導體元件縮小,維持低電壓操作與低功率消耗,且提高速度, 以奈米碳管 (carbon-nanotubes, CNT) 製作的電晶體與邏輯電路將是奈米級晶片未來的 趨勢。CNT 的研究早已進行著,其中以 CNT 製成的場發射顯示器 (FED) 最為成熟, CNT-FED 比液晶有較快的反應時間和解析度,半導體大廠相繼投入 90 nm 的技術開發。 奈米晶片的需求預估來自於手機通訊產業等輕巧攜帶式的電器產品。

奈米線路集積度較高,電晶體和內部連線線路的尺寸小,系統時脈速度更快,IC 功能的預測與驗證對於傳統的電子設計自動化工具來說,困難度大幅提高,已面臨容量 不足及速度緩慢等問題。並且搭配模擬器的硬體速度也是其隱憂,所以次世代之奈米級 電路模擬器 (nano circuit simulator) 的開發是勢在必行。

奈米技術研究室 顏宏霖

可偵測單一光子的超導偵測器

美國噴射推進實驗室(JPL) 與加州理工學院的物理學家,開發出可測量單一光子 能量的單像元偵測器。

厚度僅 2 埃的超導鋁製成的單像元偵測器,在溫度接近絕對溫度 1 度時, 超導體內的電阻會完全消失,電子會成對地流動,稱為庫伯對。當光子撞擊到這層超導 鋁薄膜時,會使某些庫伯對分裂,造成超導電流減小。利用微波探針測量變化量的大小, 便能計算出個別光子的能量。目前則已完成 40 個像元的陣列。

Zmuidzinas 等人正在努力改進偵測器的靈敏度,只要偵測器靈敏度再提昇一個等級, 就可符合最嚴格的使用要求。他們正在嘗試利用這個技術建造加州理工學院次毫米波 天文台 (CSO) 望遠鏡所需的偵測器原型。

遙測技術研究室 郭慧君

二氧化碳雷射簡介

中高功率雷射 (200-1600 W) 是國內目前 CO2 雷射加工設備的主流, 其加工對象非常廣,例如電腦、電氣機殼的鈑金切割、機器零組件切割、木刀模業、 汽車鈑金切割、特殊材料 (如金屬網板、合金板、電木板、壓克力、矽橡膠等) 之切割 加工等。

由於光電產業蓬勃,CO2 雷射加工技術已逐漸用在光電產品上,例如 石英切割、電路板鑽孔、耐熱玻璃與晶體切割等。近來 LCD 液晶面板需求大增, CO2 雷射切割技術可望成為下一世代面板切割製作的主流。

二氧化碳雷射波長為 10.6 µn;m,目前市面上的光學材料能讓 10.6 µn;m 光束通過且穿透率達 70% 的材料有 GaAs、CdTe、ZnSe (硒化鋅)、KCl、NaCl 等。由於 GaAs 、CdTe 材料加工不易且昂貴,故目前市場以 ZnSe 為透鏡材質, 而易潮解的 KCl、NaCl 則應用為保護視窗。

光學課 廖俍境

用近紅外線影像診斷乳癌

由美國 ViOptik 公司與麻州醫院 (MGH) 所開發的 P-Scan 近紅外線成像系統, 可用來協助乳癌的診斷。P-Scan 在與乳房 X 光檢查 (mammography) 的結合使用下, 可正確偵測乳房的腫塊,以減少非必要的切片檢查。

P-Scan 可以量測出血紅蛋白總濃度 (HbT) 以及血氧飽和度 (SaO2), 以鑑別因乳癌腫脹增生之血管所增加的氧氣消耗量。由 8 個半導體雷射與光感知器所 構成的手持式探測器,在 2.5 × 2.5 cm 的區域內發射 690 nm 或是 830 nm 波段之探測光源,並滲入約 2 cm 深的組織內。探測器在乳房上 5 至 8 個位置各放置 數秒即可。

P-Scan 可彌補乳房X 光診斷的不足,準確的辨識可疑的乳癌病例。在臨床上,有 48 個因 X 光診斷的不確定而需要進一步接受切片檢查之疑似病例中,P-Scan 可正確的 診斷出其中 92% 有腫瘤的病人。

遙測技術研究室 何承舫

利用光鉗操控微奈米粒子

自從 Ashkin 與貝爾實驗室於 1970 年提出利用雷射光束進行光學捕獲觀念以來, 光鉗 (optical tweezers) 已經有很多的應用,例如測量單肌纖維的力量、微操控細胞、 研究膠狀體、操控微機械結構、操控 DNA 的拉伸、研究光與粒子間角動量之轉移等。

傳統的光鉗捕獲距離無法超過數微米,因而延伸出數個研究領域:如利用數值模擬出 電腦全像或繞射光學元件的相位後,蝕刻成相位元件,可同時捕獲數百個微奈米粒子; 或將相位傳輸到 SLM (spatial light modulator) 後形成動態光鉗,無需機械外力而 利用 SLM 進行動態旋轉捕獲之粒子,或運用 SLM 來產生導引原子與捕獲原子的光學 位能場。

更有學者將 LG (laguerre-guassian) 光束打入軸向鏡後產生高階貝索光束以形成 光鉗,可以捕獲具有反射、吸收與低電介質特性之粒子。利用這類新型光鉗可以進行 微操控二維多平面的染色體,或用來耦合冷卻的原子。

奈米技術研究室 林暉雄

最小的聚焦光點

德國 Erlangen-Nurnberg 大學的研究員 Leuchs 等人將氦氖 (HeNe) 雷射徑向偏光 並聚焦後,得到面積只有 0.06 平方微米的光點,約為先前記錄的一半,比針頭的 1/17 還小。

他們先準直線性偏光單模氦氖雷射並穿過針孔後,再經過具有四個半波板的偏光 轉換器,產生的光束具有甜甜圈狀的強度模式,中心是零強度,最強的光在邊緣。 然後使用環形光圈 (annular aperture) 聚焦該光束,縮小中心孔,因為對稱的關係, 大部分的電場相互抵消,留下具有軸向電場的強光點。徑向偏光聚焦後的最小光點為 0.16 λ2,比線性偏光的 0.26 λ2 及環偏光的 0.22 λ2 都還小。

很多光學技術都需要細小聚焦光束,譬如微影術 (lithography)、共焦顯微鏡和 光資料儲存等。緊密的聚焦光束能夠產生強烈的電磁場,因而也能用來探測或操控原子。

資訊課 蔡玉峰

精儀中心簡訊 60 期:中華民國 92 年 12 月 31 日出版

更新日期:2004 年 6 月 7 日