現代科技簡介 Introductory Modern Technology

近期物理相關之研究發展

二氧化碳雷射

二氧化碳雷射 (Carbon Dioxide Laser)
國立臺灣大學物理系 蔡雨錡

要了解二氧化碳雷射前,首先要來了解雷射。電子狀態有不同的能階,當電子自發地從高能階往低能階躍遷時會釋放出相應能量的電磁波,這樣的現象稱做自發射 (spontaneous emission)。如果有外界干擾(例如入射電磁波),也會促使電子從高能階往低能階躍遷,如此而釋放出電磁波的現象稱為受激發射 (stimulated emission)。雷射就是靠這種「以光生光」的機制來產生相干性很好的光源。受激發射的概念是愛因斯坦在1917年首度提出。受激發射所有光學特性跟自發辐射相同,包括频率、相位、前进方向,只是光的强度放大。而「laser」就是受激發射的光訊號放大 (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 的縮寫。

導帶

導帶 (Conduction Band)
國立臺灣大學化學系 葉德緯

我們對於金屬材料的認識,最廣為人知的模型就是金屬原子間由金屬鍵 (metallic bond) 所形成的電子海 (electron sea) 模型了。電子海模型對金屬材料的導電性有不錯的解釋,不過若要對於金屬材料內部的電子能量分佈有更多的描寫,以及對於非導體材料例如半導體、絕緣體等有更好的解釋,通常都會引入能帶理論 (band theory)。

半導體:原理與發展(二)電晶體簡介

半導體:原理與發展(二)電晶體簡介(Semiconductor: Principle and Development (II) — Introduction to transistor)
國立臺灣大學物理學系 李品儀

連結:半導體:原理與發展(一)歷史、物理原理與二極體

  1. 雙極性電晶體 (bipolar junction transistor, BJT)

此種電晶體為利用基極電流大小控制此電晶體是否需要導通,以及集極和射極之間的電流大小,圖一 (b) 為 npn 電晶體之簡單結構圖,藍紫色區域為 n 型半導體,白色區域為 p 型半導體。紅色方框為主要的載子運動區域。

半導體:原理與發展(一)歷史、物理原理與二極體

半導體:原理與發展(一)歷史、物理原理與二極體 (Semiconductor: Principle and Development (I) — History, physical principles and diode)
國立臺灣大學物理學系 李品儀

半導體材料是一種導電性可受到控制的材料,有別於絕緣體和導體,其電阻是可以受到施加於兩側的電壓所控制。因而使我們能夠自動控制各類電子儀器。

  1. 半導體發展史

半導體技術發展至今已有一百多年的歷史,於 1883 年,法拉第 (Michael Faraday, 1791-1867) 發現硫化銀的電阻與普通的金屬不同

能隙

能隙 (Energy Gap)
國立臺灣大學物理學系 洪豪謙

能隙的概念是從能帶理論 (Band theory) 中發展的,這是二十世紀初量子力學確立以後,所發展的一套理論,迄今運用這個理論最廣泛的領域是半導體元件。

我們知道單電子的氫原子模型中,因為量子效應,造成電子的能階是不連續的,從一個能階跳到另外一個能階的吸收或是放出的能量必須是固定的,示意如圖一 (a)。

正向偏壓

正向偏壓 (Forward Bias)
國立臺灣大學物理學系 簡裕峰

於半導體中,將外加電場施於特殊的兩極上,以達到控制電路的效果,這稱為偏壓 (bias)。在二極體 (diode) 的 p 型半導體端施加正電壓、n 型半導體端施加負電壓,此接法即為正向偏壓。

載子

載子(Carrier)
國立臺灣大學物理學系 簡裕峰

載子的意思是載有某種物理特性、且可自由移動的粒子。在物理學當中,最常見是帶電的載子,金屬中的帶電載子是自由電子、電漿中的帶電載子是電離氣體、水溶液中的帶電載子是離子。而載子這個名詞最常出現是在半導體物理中,半導體中的載子分為兩種:一種是帶負電的載子,稱為電子,另一種是帶正電的載子,稱為電洞。

空乏層

空乏層 (Depletion Region)
國立臺灣大學物理學系 洪豪謙

空乏層 (Depletion region) 又稱「阻擋層」、「勢壘區」。一個帶有電洞的 p 型半導體和一個帶有自由電子的 n 型半導體接連在一起時會成為二極體 (diode),接連處形成 pn 接面。由於兩者的載子分佈不均,會形成電子和電洞的濃度差距,造成擴散電子(電洞)流

孔徑

孔徑 (Aperture)
國立臺灣大學物理學系 曾奕晴

孔徑,又稱為光圈,其有兩大功用,一是調整、控制光學儀器的光通量,二是調整影像效果,廣泛應用在相機、望遠鏡及顯微鏡中。在相機中,調整光圈大小可以控制影像的景深、鏡頭成像畫質,並且和快門同時調整總進光量。光圈的組成常為數片多邊形的金屬薄片,藉由控制薄片的位置遮擋光線,來控制鏡頭的光通量。

磁振造影

磁振造影 (Magnetic Resonance Imaging)
國立臺灣大學物理學系 鍾豪

磁振造影 (Magnetic Resonance Imaging) 是使用核磁共振 (Nuclear Magnetic Resonance) 的原理,所進行的非侵入性人體影像技術。其原理大致如下:水分子當中的氫原子在自然狀態下,自旋方向是隨機分布的(如圖一A),若施加一外加磁場,則氫原子的自旋方向會傾向與外加磁場一致,也就是能量較低的狀態(如圖一B)。

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