儀器設備

進行數值模擬工作需要同時具備軟硬體設施，如電腦及相關程式與軟體。

電腦硬體方面：本實驗室目前擁有兩台伺服器及一台個人電腦專門負責處理數值模擬的工作。

電腦規格如下：

1.     IBM X3650M4 機架式伺服器

OS：Windows 8.1

2.     IBM X3550M2 機架式伺服器

OS：Windows 7

 3.     個人電腦

CPU：Intel i7-5960x 3.0 GHz

OS：Windows 10

軟體及程式：本實驗室大學部專題生及碩博士班學生可在求學期間，學習Matlab程式語言、FDTD軟體及FEM軟體。

FDTD軟體: FDTD為有限時域差分法(Finite-Difference Time-Domain)的縮寫。目前商用軟體常見的有Lumerical FDTD Solutions, Synopsys RSoft, OptiWave,…種類繁多，以上這些軟體均以電磁波方程式為基礎進行光學模擬分析。

FEM軟體:FEM為有限元素法(Finite Element Method)的縮寫。目前商用軟體非常多如Ansys, Abaqus, Nastran/Patran, IDEAS, LS-DYNA, Fluent,…等幾乎不是以光學模擬為主的分析工具，但其中有一套通用型FEM軟體 - Comsol Multiphysics，可光學模擬分析，這套軟體也是目前所多研究機構常用的分析工具之一。其中，光學元件結構相關模擬如下：


二維光子晶體能帶圖及其能帶邊緣A-F點之Hz模態圖


三維光子晶體於不同階數之Hz模態比較圖


LED結構示意圖


(a)、(b)FEM軟體模擬LED結構發光情況，(c)不同LED結構之遠場分佈曲線

硬體製程與分析機台：

光學監控鍍膜系統

為一含ion gun source之鍍膜系統，同時具有光學偵測系統可即時監控光學鍍膜厚度，其放入之樣品大小可為2-4吋晶圓或破片，操作時其系統可接受最高溫度為270度。本系統提供Ta₂O₅、TiO₂、HfO₂、SiO₂、Si五種材料之蒸鍍，而保護層材料(mask)限用非揮發物質，嚴禁任何揮發物質、有機物質放入腔體。

熱場發射掃描式電子顯微鏡

掃描式電子顯微鏡(SEM)，其系統由電子槍發射電子束，經磁透鏡聚焦鏡聚焦後，用遮蔽孔徑選擇電子束的尺寸後，通過一組控制電子束的掃描線圈，再透過物鏡聚焦在樣品上，在樣品的上側裝有訊號接收器，用以擇取二次電子或背向散射電子成像。目前常見的場發射電子槍有兩種：冷場發射式和熱場發射式。當在真空中金屬表面受到加速電場時，會有相當數量的電子發射出，此過程稱為場發射。其原理是高電場使電子的電位障礙產生蕭特基效應﹝即能障寬度變窄，高度變低，因而電子可直接「穿隧」通過此狹窄能障並離開陰極﹞。場發射電子系從陰極尖端發射出，因此可得極細而又具高電流密度的電子束，其亮度可達熱游離電子槍的數百倍，或甚至千倍。

光激發螢光光譜量測系統

光激螢光光譜牽涉到一個由電磁輻射激發的系統，在分類上是屬於光學發光的技術，是一種非破壞性的量測。光激發螢光可以想成是半導體中導帶的電子和價帶的電洞進行輻射復合所致。當激發的能量小於能隙的能量時，光吸收情況將不會發生。光學性質和電性主要是取決於半導體的電子能帶結構，所以激發光譜與材料內部的鍵結結構有關，當一物體因受到外在提供能量，而放出光子的過程稱為螢光，一般常用以提供能量的模式來分類螢光的種類，在半導體量測裡我們常用的有利用能量高於能隙的光源 ，稱為光致螢光 (Photoluminescence，PL)。



微光激發螢光光譜量測系統

此微光激發螢光光譜(micro-photoluminescence，μ-PL)之量測，同時可進行變角度之收光、變溫與偏極化等多重分析，可獲得樣品材料的能隙大小、能帶結構、晶體缺陷、載子躍遷行為、化合物中的組成成分等重要訊息。利用355奈米之半導體雷射作為激發源，將雷射光源聚焦後激發，藉由物鏡收取發出的光源，傳至分光透鏡後，由CCD收取影像訊號以及光譜儀收取發光頻譜。