理學院

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學院概況

理學院設有數學系、物理學系、化學系、生命科學系、地球科學系、資訊工程學系6個系(均含學士、碩士及博士課程),及科學教育研究所、環境教育研究所、光電科技研究所及海洋環境科技就所4個獨立研究所,另設有生物多樣性國際研究生博士學位學程。全學院專任教師約180人,陣容十分堅強,無論師資、學術長現、社會貢獻與影響力均居全國之首。

特色

理學院位在國立臺灣師範大學分部校區內,座落於臺北市公館,佔地約10公頃,是個小而美的校園,內含國際會議廳、圖書館、實驗室、天文臺等完善設施。

理學院創院已逾六十年,在此堅固基礎上,理學院不僅在基礎科學上有豐碩的表現,更在臺灣許多研究中獨占鰲頭,曾孕育出五位中研院院士。近年來,更致力於跨領域研究,並在應用科技上加強與業界合作,院內教師每年均取得多項專利,所開發之商品廣泛應用於醫、藥、化妝品、食品加工業、農業、環保、資訊、教育產業及日常生活中。

在科學教育研究上,臺灣師大理學院之排名更高居世界第一,此外更有獨步全臺的科學教育中心,該中心就中學科學課程、科學教與學等方面從事研究與推廣服務;是全國人力最充足,設備最完善,具有良好服務品質的中心。

在理學院紮實、多元的研究基礎下,學生可依其性向、興趣做出寬廣之選擇,無論對其未來進入學術研究領域、教育界或工業界工作,均是絕佳選擇。

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    氮化鎵高電子遷移率電晶體中表面陷阱誘導閘極漏電的低溫溫度依賴性及其滯後現象之研究
    (2024) 潘敬揚; Pan, Ching-Yang
    本研究聚焦於蕭特基閘極氮化鎵高電子遷移率電晶體中表面陷阱輔助的閘極漏電現象,並分析其在 1.5 K 到 300 K 溫度範圍中的行為。在小的閘極電壓下,觀察到表面漏電由二維變程跳躍(two-dimensional variable-range hopping)主導。在較高的負閘極偏壓下,與電場相關的普爾—法蘭克發射(Poole–Frenkel emission)成為 200 K 以上的主要表面漏電機制。由於凍結陷阱效應(frozen-trap effect)隨著降溫而增強,低溫抑制了普爾—法蘭克發射,使得陷阱輔助穿隧(trap-assisted tunneling)變得明顯,逐漸成為主要的表面漏電機制。根據普爾—法蘭克發射模型的擬合結果,得到陷阱態的能階為 0.65 eV。元件亦展現出閘極漏電流的滯後行為,即表面漏電流不僅受到閘極電壓影響,也受其掃描方向及速率影響。此外,閘極漏電流滯後行為有明顯的溫度依賴性:在高溫下,由普爾—法蘭克發射引發的漏電流滯後有順時針的迴線,並且幾乎不受掃描閘極電壓的速率影響;而低溫下,由陷阱輔助穿隧引發的滯後迴線則為逆時針,並且在更高速的閘極電壓掃描下有著更明顯的滯後迴線。更深入地理解這些機制在不同溫度下對元件可靠性的影響,有助於未來用於低溫環境的氮化鎵元件的開發與優化。
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    量產型石墨烯作為紫外光發光二極體透明電流擴散層
    (2022) 陳又綺; Chen, You-Ci
    本研究以鎳金屬為催化劑,以電漿輔助式化學氣相沉積(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition;PECVD)於基板上生長石墨烯薄膜作為透明電流擴散層。為於目標基板與石墨烯透明電流擴散層之間形成類歐姆接觸,本研究使用原子層化學氣相沉積(ALCVD)於目標氮化鎵基板表面沉積氧化鎳薄膜作為緩衝層,並對兩者進行熱退火合金化,以降低功函數差異造成之能障,藉優化參數實現低接觸電阻、高 UV 穿透之透明電流擴散層。以圓形傳輸線量測(CTLM),檢視各製程參數對石墨烯透明電流擴散層與紫外光發光二極體表層之 p 型氮化鎵介面特性之影響。最終藉加入氧化鎳緩衝層,使介面間自蕭特基接觸轉為類歐姆接觸。達成具低特徵接觸電阻與類歐姆接觸之介面特性之大面積高品質石墨烯作為紫外光發光二極體透明電流擴散層之應用。
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    以拉曼散射光譜分析氮化鎵與碳化矽薄膜之應變分佈
    (2012) 鍾佩君; Pei-Chun Chung
    我們測量氮化鎵與碳化矽薄膜的拉曼散射光譜,研究薄膜的晶格結構,並以直線掃描方式測量薄膜截面的拉曼散射光譜,分析拉曼特徵峰參數隨距離薄膜表面不同深度的變化,進一步建立膜厚與應變、殘餘應力的相關性。 首先,7.6 micrometre厚度氮化鎵薄膜的拉曼散射光譜顯示兩個顯著特徵峰(E2(high)與A1(LO)對稱性振動模),其頻率位置約為569 cm-1與739 cm-1,截面光譜顯示五個一階拉曼活性振動模,E2(low)、A1(TO)、E1(TO)、E2(high)、及E1(LO)拉曼特徵峰的頻率位置約為143 cm-1、531 cm-1、558 cm-1、567 cm-1及740 cm-1,這意味著,氮化鎵薄膜屬於六方烏采晶格結構。而5.0 micrometre厚度碳化矽薄膜表面與截面的拉曼散射光譜皆顯示TO與LO對稱性振動模,其頻率位置約為796.1 cm-1與970.5 cm-1,代表碳化矽薄膜為立方晶系結構。 接著,我們以直線掃描方式測量薄膜截面的拉曼散射光譜,發現7.6 micrometre厚度的氮化鎵薄膜之E2(high)對稱性振動模與5.0 micrometre厚度的碳化矽薄膜之TO振動模愈接近基板界面,其頻率位置展示藍移現象;反之,4.0 m厚度、及摻雜矽之4.0 micrometre與2.0 micrometre厚度氮化鎵薄膜之E2(high)對稱性振動模顯示紅移現象。 氮化鎵薄膜的E2(high)振動模出現紅移現象,代表薄膜內部存在伸張應變,此時薄膜與基板的晶格常數不匹配對薄膜應變影響較明顯;若是薄膜的E2(high)振動模出現藍移現象,則表示薄膜內部存在壓縮應變,此結果表示熱膨脹係數對應變的影響較顯著。氮化鎵薄膜與藍寶石基板交界面的應變量值約為8.0 × 10-4 ~ 1.16 × 10-3 。而碳化矽薄膜的TO振動模出現藍移現象,此與碳化矽薄膜的沉積溫度與速率有關,其與矽基板交界面處的應變量值約為1.78 × 10-4。
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    寬能帶氧化鋅、氮化鎵奈米晶體之高壓拉曼光譜研究
    (2003) 徐意娟; Hsu Yi Chuan
    本論文內容共可分為兩大部分:第一部份主要研究各種形狀及大小的奈米氧化鋅樣品,在高壓作用下的聲子特性以及其結構相變發生之壓力,第二部分則是研究不同載子濃度的氮化鎵奈米線,在壓力作用下電性發生變化的現象,以應證其A1(LO)聲子不對稱的原因。 由常溫常壓下氧化鋅各樣品的拉曼光譜圖,發現量子點樣品在1050cm-1處看到一個可能是由於表面效應而產生的聲子。在ZnO升壓的過程中,聲子頻率與壓力呈線性的關係,並發現奈米氧化鋅材料的結構相變壓力較塊材高,當粒徑愈小相變壓力愈高,且其高壓相也愈不穩定。本論文所使用之ZnO樣品發生結構相變的壓力範圍分述如下:27nm dots:在8.7~11.6GPa之間,54nm dots:是在9.2~11.2GPa之間,而205nm rods:是在9.7~10.9GPa之間。所有的樣品於壓力降到約1.5~2.1GPa時,氯化鈉結構的拉曼聲子會完全消失而回復烏采結構,也就是說氧化鋅奈米結構的結構高壓相變過程是可逆的,但在烏采結構恢復前,會先相變至一個與烏采結構相近的中間暫穩態相,此中間態相與原子沿C軸方向的排列有密切的關係。 由常溫常壓下氮化鎵各樣品的拉曼光譜圖中,發現隨著420cm-1附近的布里淵區邊界聲子強度的增強,A1(LO)聲子強度漸強且變得不對稱,此現象與載子濃度有很大的關係,因為較高的雜質濃度會增加聲子間發生交互作用(多階拉曼散射發生)的機率,由上述可判斷本實驗之氮化鎵奈米線樣品的載子濃度為:A6<S2<S1。而在隨壓力變化的拉曼光譜圖中,當壓力到達某值時,A1(TO)聲子與壓力之線性關係斜率會突然發生改變,此時氮化鎵之電性由半導體轉變導體,本實驗中樣品的相變壓力分別為S1:12.5GPa,S2:23.2GPa,A6:24.2GPa,由此推斷樣品的載子濃度應為:A6<S2<S1,由上述實驗結果可知,LO聲子的形狀和強度確實是載子濃度的效應,而非表面聲子。
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    非極性氮化鎵表面分解水產生氫氣
    (2013) 張正明
    利用理論計算研究水在non-polar的GaN表面上分解產生氫氣的反應過程和反應路徑,探討整個過程中的能障以及反應的可能性,另外也加入輔助催化劑Pt和Rh,加入輔助催化劑有助於反應能障降低和氫氣的生成,並探討兩種輔助催化劑的差異和效能,可以幫助我們日後在實驗上輔助催化劑的選擇。 輔助催化劑用兩種不同方式進行探討,一種是吸附在GaN表面的情況,另一種則是鑲嵌在GaN表面上,且Pt和Rh催化方式也有差別,Pt是和H先形成鍵結,H在和Pt上的H形成氫氣;Rh則是直接進行催化生成氫氣,且鑲嵌式的Rh生成氫氣的能障最低,且兩種輔助催化劑具有不同的催化效果,可能涉及了熱力學或是動力學催化。 水分解第一個H的能障0.042eV,反應容易進行,但要分解第二個H產生氫氣的能障就非常高,因此,反應途經可能不是直接將水的兩個H直接分解,而是過程中會先形成O-O鍵來穩定氧原子,進而幫助H容易和O斷鍵,將H分離,探討了另一種不同的反應路徑,且和輔助催化劑一起加入探討,有助於我們更瞭解整個水分解產生氫氣的反應過程。
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    Characterization of Nanodome on GaN Nanowires Formed with Ga Ion Irradiation
    (Nihon Kinzoku Gakkai, 2004-01-01) S. Muto; S. Dahara; A. Datta; C.-W. Hsu; C.-T. Wu; C.-H. Shen; L. -C. Chen; K.-H. Chen; Y.-L. Wang; T. Tanabe; T. Maruyama; H.-M. Lin; Chia-Chun Chen
    Structure of nano-domes formed by Ga+ ion irradiation with a focused ion beam (FIB) apparatus onto GaN nanowires (NWs) was examined with conventional transmission electron microscopy (CTEM), electron energy-loss spectroscopy (EELS) and energy-filtering TEM (EF-TEM). The nano-dome consisted of metallic gallium, covered by a GaN layer, the structure of which is amorphous or liquid. It is considered that the dome structure is formed by preferential displacement of lighter element (N) and agglomeration of heavier one (Ga). 1 MeV electron irradiation onto the sample pre-irradiated by Ga+ ions at a dose below the threshold for the dome formation induced the N2 bubble formation without segregating Ga atoms, which suggests the radiation-enhanced diffusion (RED) of heavy atoms plays an important role in the nano-dome formation.