科技與工程學院

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沿革

科技與工程學院（原名為科技學院）於87學年度成立，其目標除致力於科技與工程教育師資培育外，亦積極培育與科技產業有關之工程及管理專業人才。學院成立之初在原有之工業教育學系、工業科技教育學系、圖文傳播學系等三系下，自91學年度增設「機電科技研究所」，該所於93學年度起設立學士班並更名為「機電科技學系」。本學院於93學年度亦增設「應用電子科技研究所」，並於96學年度合併工教系電機電子組成立「應用電子科技學系」。此外，「工業科技教育學系」於98學年度更名為「科技應用與人力資源發展學系」朝向培育科技產業之人力資源專才。之後，本院為配合本校轉型之規劃，增加學生於科技與工程產業職場的競爭，本院之「機電科技學系」與「應用電子科技學系」逐漸朝工程技術發展，兩系並於103學年度起分別更名為「機電工程學系」及「電機工程學系」。同年，本學院名稱亦由原「科技學院」更名為「科技與工程學院」。至此，本院發展之重點涵蓋教育（技職教育/科技教育/工程教育）、科技及工程等三大領域，並定位為以技術為本位之應用型學院。

107學年度，為配合本校轉型規劃，「光電科技研究所」由原隸屬於理學院改為隸屬本（科技與工程）學院，另增設2學程，分別為「車輛與能源工程學士學位學程」及「光電工程學士學位學程」。

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學院網址：http://www.cot.ntnu.edu.tw/

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    飛秒雷射退火對二硫化鉬缺陷優化之影響
    (2023) 翁學民; Weng, Xue-Min
    二維材料在現今對於人類發展半導體及其相關科技都指向著一個全新的方向及材料。隨著現代的科技的日新月異，地球上越來越多淺在的能源及材料被科學家們發現及利用，其中又以過渡金屬二硫化合物（TMDC）被認為是最有可能應用於積體電路的材料，其能隙大小最適合用來做場效電晶體（FET）中的通道。在經過對於過渡金屬二硫化合物的探索後，目前有兩種做適合做為通道的材料：二硫化鉬（MoS2）及二硫化鎢（WS2），兩者之間的差異在製作成場效電晶體後開、關狀態下電流大小各有其優點。本次實驗中我們選定二硫化鉬作為材料，在製作及準備的過程中利用氣相沉積法（CVD）讓二硫化鉬生長在不同材質的基板上，讓其構成單層二硫化鉬平面，在矽（Si）單層與二硫化鉬單層之間只有非常微弱的凡德瓦力（Van der Waals）[1]去支撐層與層之間相連，但是在生長的過程中可能因為其他外在因素而造成二硫化鉬表面缺陷（defect）的產生，進而在學術研究或生產半導體產品時得到錯誤的數據及成品。在本篇論文中我們利用飛秒雷射（Femtosecond laser） 聚焦在MoS2表面或體積上，產生高能量密度的熱源，使材料受熱區域溫度升高，並且在冷卻過程中產生新的晶體結構，進而優化具有缺陷的MoS2。因為雷射的脈衝寬度非常的短，所以如果使用此種技術對樣品進行加工，可以在極短的時間之內產出大量的成品，因此可以避免材料因長時間暴露在高溫下而引起的其他變化，也因為這個實驗有許多不同的參數可以做調整：可以調整功率的高低進而加工不同傷害極限值的材料；可以控制不同的加工範圍大小進而加工不同尺寸的樣品；可以繪製不同的加工圖形讓加工的可塑性更高。本次實驗我們使用光致發光（Photoluminescence）及拉曼（Raman）作為檢測系統，在光致發光過程中通常會用一種能量較高的光源，如雷射，照射到樣品上，使其電子遷移到高能態。當這些電子回到低能態時，會釋放出能量，並且產生輻射，從而產生發光現象。然而拉曼的部分是因為拉曼光譜學可以檢測出其中的缺陷。這些缺陷會對應特定的拉曼光譜訊號，因此可以通過對拉曼光譜圖進行分析，進而定性和定量分析二維材料中的缺陷。
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    飛秒雷射製作可撓性聚醯亞胺異質結構元件於氣體檢測之研究
    (2022) 葉力維; Yeh, Li-Wei
    本研究是利用超快飛秒雷射(Ultrafast femtosecond laser)之超短脈衝(Ultrashortpulses)的特性，在聚醯亞胺(Polyimide, PI)薄膜基材，製作指叉狀電極結構(Interdigitated electrode structures)元件於氣體檢測(Gas detection)，該超快雷射製程具較小熱影響區(Heat-affected zone)，以能進行可撓性基材之結構製作。為增加此元件感測之靈敏度，本研究亦利用水熱法製成氧化鋅(Zinc oxide)奈米線結構(Nanowires)，在飛秒雷射製程製作之石墨烯PI電極元件上，以成型新穎複合結構元件於氣體檢測，以增加感測響應值。本研究顯示該可撓性元件可避免受力而導致斷裂、破壞的現象，且當彎曲曲率半徑小於6 mm響應值仍屬穩定(誤差值±3%)。元件設計的微型加熱器方面顯示，在一氧化碳(Carbon monoxide, CO)氣體從室溫到85.6°C可縮短恢復時間為86.2sec；甲烷(Methane, CH4)氣體則從室溫到約86.8°C可縮短恢復時間為117.2 sec。因此，在氣體感測元件方面顯示，一氧化碳和甲烷氣體檢測於200濃度200 ppm，其元件在甲烷與一氧化碳氣之電性響應值會分別為20.7 %和120.8 %。藉此，本研究證明氧化鋅/石墨烯可撓性微性加熱元件於一氧化碳和甲烷氣體濃度具有良好的恢復性，分別在1000 sec和1600 sec可恢復至初始電阻值，且該元件靈敏度則在加熱升溫環境會別為0.6728與0.0434為最佳。透過此研究，將可提供飛秒雷射製程於氣體檢測元件之應用參考。 關鍵詞: 飛秒雷射、可撓性元件、石墨烯、奈米線、氣體檢測
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    選擇性飛秒雷射結構技術於碳化矽基材之氣體檢測元件研究
    (2022) 陳家鏵; Chen, Chia-Hua
    本研究旨是利用選擇性超快飛秒雷射製程技術(Selective femtosecond laser structuring technology)，其超短脈衝之非線性吸收及極低的熱影響區(Heat-affected zone, HAZ)加工特性，在碳化矽(Silicon carbide, SiC)基材進行多尺度複合結構之探討及氣體檢測元件開發。首先，本研究採用飛秒脈衝雷射於碳化矽表面進行製程，在剝離閥值(Threshold)為1.51 J/cm2，探討多發脈衝行為所產生之孵化效應(Incubation effect)，其孵化係數為S=0.8667±0.035。同時，本研究使用不同能量密度進行雷射誘導週期性表面結構(Laser induced periodic surface structures, LIPSS)，該結果顯示隨著能量密度提高，奈米波紋狀結構逐漸亂序排列；隨後以拉曼光譜量測不同能量密度對材料所產生之特性變化，當載流子密度(Carrier density)隨能量密度上升而增加時，所量測到的特徵峰向更高波數側移動且峰形變寬、峰值強度降低，表明分子的化學鍵長度與結構分佈發生變化。進一步，本研究描述了雷射誘導的載流子失衡行為，利用福克-普朗克方程式(Fokker–Planck equation)修改的時間相依雙溫模型(Two-temperature model, TTM)，分析雷射剝離行為、電子溫度、晶格溫度與載子密度的暫態變化。在氣體檢測元件製備方面，本研究會利用選擇性飛秒雷射製作石墨烯(Graphene) SiC基材之加熱元件，在高溫度為132.9 °C，進行該複合檢測元件應用於一氧化氮(Nitric oxide, NO)檢測，其氣體響應值(Response)於50 ppm與300 ppm分別為6.5 %與19.2 %。最後，本研究利用石墨烯電極結構摻雜二硫化鉬(MoS2)之二維材料，使其產生高比表面積，提供更高的吸附能力進而提升檢測元件性能，相較於室溫環境下之檢測，顯示提升2.08倍的靈敏度(Sensitivity)，完成飛秒雷射技術於碳化矽基材之氣體檢測應用研究。關鍵詞：飛秒雷射、碳化矽、週期性表面結構、石墨烯微熱元件、二硫化鉬、氣體偵測
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    利用磁流體之兆赫相位調製器
    (2020) 韋怡安; Wei, Yi-An
    兆赫波波段目前還鮮少使用磁光效應的調製器，而調製器對於現在研究技術是一項不可或缺的重要工具，如6G通訊、成像，元素分析……等等，為了發展諸如此類的應用開始研發出相關的元件設備。而磁流體將會是我們研究的主要材料。因磁流體有著一個非常特別的超順磁特性，可以達到精準地被控制，非常適合作為調製器的材料。但由於兆赫波對於水有強烈的吸收，所以本論文中我們選擇的材料主要是以親油性磁流體為主，將利用奈米粒子皆為四氧化三鐵的不同磁流體放置在不同磁力的平行磁場下，觀察磁流體的折射率變化對兆赫波調製的結果。 首先我們先將不同種的磁流體置入兆赫波時域光譜系統，取得其光學特性，包含折射率、穿透率、吸收係數…等，證實了親油性磁流體在兆赫波波段下的優良穿透效果。再藉由磁光效應中的Voigt effect作為基本架構施加不同大小的磁場(178mT、120mT、61mT、20.6mT、9.7mT、4.8mT)改變磁流體的折射率，進而可以調變兆赫波訊號，達到相位的調變效果。實驗中，我們是使用波段為800nm的超快脈衝雷射，利用非線性晶體ZnTe產生兆赫波訊號，施加在樣品上後，分析訊號的色散與振幅變化，推得相關參數。 分析結果顯示，載液為正己烷及煤油的磁流體，因油本身對兆赫波吸收就非常小，所以親油性磁流體吸收也是極微小的。而在施以外加磁場時，除了折射率有著相關規律的變化外，也發現了以煤油為載夜的磁流體發生了一個非常特殊且有趣的現象，就是當磁場施加到約178mT時，在0.5THz處開始有一個極大的吸收峰值，此現象對於未來要研究兆赫波調製器是一項非常優越的表現。預期可行的應用有兆赫波吸收器、兆赫波偏振器及振幅調製器等等。