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透明的電晶體

科景_96
・2011/02/08 ・1172字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 583 ・九年級
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Original publish date:Feb 07, 2003

編輯 Agape 報導

科學家們使用ZnO製造出在可見光波長範圍內﹐透光率達75%的薄膜電晶體,適合應用在主動式液晶顯示器作個別像素的驅動。

由於在材料合成技術上的突破﹐透明電子元件(transparent electronics) 的開發已逐漸受到科學家們的重視。到目前為止﹐已經被使用且證實可製成元件的材料有CuAlO2 ﹑ZnO ﹑SnO2 ﹑以及In2O3:Sn。本文所要介紹的﹐是惠普(Hewlett-Packard) 的工程師R. L. Hoffman與奧瑞崗州立大學的科學家們合作﹐使用ZnO作為透明導電通路(conducting channel)所製成的薄膜電晶體。

R. L. Hoffman等人首先在玻璃基板上﹐以濺鍍的方式鍍上一層厚200nm的ITO(indium tin oxide﹐一種透明導體) 作為電極。然後以atomic layer deposition的方式﹐鍍上一層厚220nm的ATO(為AlO3與TiO2所組成的超晶格結構﹐為絕緣體) 作為分隔導電通路與電極之間的絕緣體。在 ATO之上﹐再以離子束濺鍍的方式鍍上作為導電通路的ZnO﹐以及作為源極與閘極電極的ITO。為了提昇ZnO的電阻係數﹐在濺鍍之後還須在純氧中經過攝氏600-800度的快速退火(RTA﹐rapid thermal anneal) 。而源極與閘極的ITO﹐也須在純氧中經過攝氏300度的RTA﹐以增加其透明度。

為了測驗這薄膜電晶體整體的透明度﹐R. L. Hoffman等人作了光穿透的實驗。在所得到的頻譜上﹐他們發現可見光波長範圍內的電磁波﹐對於元件整體的穿透率達75%。與在單一玻璃基板上所測得的92%穿透率來比較﹐他們得出元件對這些波長的電磁波﹐其吸收率約為17%。

既然是薄膜電晶體﹐當然得測量其特性曲線(電流-電壓曲線) 。他們發現﹐如此製成的TFT其導電通路為增強型(enhancement mode) 的﹐代表必須在電極上加正電壓才能增加導電度。而且﹐在一旦達到飽和﹐通路中的電流十分穩定﹐代表ZnO層中的載子(在此為電子) 能夠被有效的控制﹐沒有殘餘載子的存在。除此之外﹐電流的開/關比值(on-off ratio)達10的七次方(一千萬倍)。進一步的分析顯示﹐ZnO層中電子的移動率(mobility)為0.35-0.45 cm2/V﹐不比使用非晶性矽(amorphous Si)或有機材料製成的薄膜電晶體中載子的移動率差。在關於元件透光度與的測量中﹐他們發現可見光的照射﹐並不會影響其導電特性。但是若以紫外光照射﹐將會在ZnO層中產生電子-電洞對﹐造成persistent photoconductivity的現象。至於這個現象是否有實際的應用﹐R. L. Hoffman等人則表示有待進一步的研究。

R. L. Hoffman等人聲稱﹐他們所製成的薄膜電晶體﹐有製程簡單﹑成本低(使用玻璃基板)等優點。而在元件設計上﹐還有許多可以改進的空間。例如可以增加導電通路的寬度-長度比例﹐以提高通路中的電流。此外﹐由於元件中寄生電容(parasitic capacitance)的限制﹐上述的特性均是在直流(dc)條件下所測量的。至於元件的頻率響應(交流特性) ﹐仍有待努力。基於所得的數據﹐他們樂觀地表示﹐經過適當的改進﹐以ZnO製成的透明薄膜電晶體﹐或許可以在應用在主動式陣列液晶顯示器(AMLCD, active-matrix liquid-crystal display)中﹐作為單一像素的驅動元件。

原始論文:

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R. L. Hoffman et al., ZnO-based transparent thin-film transistors, Applied Physics Letters 82, 733 (2003)

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [May 30, 2003] 速度更快的透明電晶體

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    科景_96
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    如何靠溫度控制做出完美的料理?
    鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
    ・2024/06/21 ・2705字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    本文由 Panasonic 委託,泛科學企劃執行。 

    炸雞、牛排讓你食指大動,但別人做的總是比較香、比較好吃?別擔心,只要掌握關鍵參數,你也可以做出完美料理!從炸雞到牛排,烹調的關鍵就在於溫度的掌控。讓我們一起揭開這些美食的神秘面紗,了解如何利用科學的方法,做出讓人垂涎三尺的料理。

    美味關鍵 1:正確油溫

    炸雞是大家喜愛的美食之一,但要做出外酥內嫩的炸雞,關鍵就在於油溫的掌控。炸雞的油溫必須維持在 160 到 180℃ 之間。當你將炸雞放入熱油中,食物的水分會迅速蒸發,形成氣泡,這些氣泡能夠保證你的炸雞外皮酥脆而內部多汁。

    水的沸點是 100℃,當麵衣中的水分接觸到 160℃ 的熱油時,會迅速汽化成水蒸氣。這個過程不僅讓麵衣變得酥脆,也能防止內部的雞肉變得乾柴。

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    如果油溫過低,麵衣無法迅速變得酥脆,水分和油脂會滲透到食物中,使炸雞變得油膩。而如果油溫過高,水分會迅速蒸發,使麵衣變得過於硬或甚至燒焦。

    油炸時,麵衣水分會快速汽化。 圖/Envato

    美味關鍵 2:焦糖化與梅納反應

    另一道美味的料理——牛排。無論是煎牛排還是炒菜,高溫烹調都會帶來令人垂涎的香氣,這主要歸功於焦糖化反應和梅納反應。

    焦糖化反應是指醣類在高溫下發生的非酵素性褐變反應,這個過程會產生褐色物質和大量的風味分子,讓食物變得更香。而梅納反應則是指醣類與氨基酸在高溫下發生的反應,這個過程會產生複雜的風味分子,使牛排的色澤和香氣更加迷人。

    要啟動焦糖化反應和梅納反應的溫度,至少要在 140℃ 以上。如果溫度過低,無法啟動這些反應,食物會顯得平淡無味。

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    焦糖化反應


    焦糖化反應與梅納反應。圖/截取自泛科學 YT 頻道

    油溫與健康

    油溫不僅影響食物的風味,也關係到健康。不能一昧地升高油溫,因為每種油都有其特定的發煙點,即開始冒煙並變質的溫度。當油溫超過發煙點,會產生有害物質,如致癌的甲醛、乙醛等。因此,選擇合適的油並控制油溫,是保證烹調健康的關鍵。

    說了這麼多,但是要怎麼控制溫度呢?

    各類油品發煙點 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

    科學的溫度控制

    傳統電磁爐將溫度計設在爐面下,透過傳導與熱電阻來測溫,Panasonic 的 IH 調理爐則有光火力感應技術,利用紅外線的 IR Sensor 來測溫,不用再等熱慢慢傳導至爐面下的溫度計,而是用紅外線穿透偵測鍋內的溫度,既快速又精準。

    而且因為紅外線可以遠距離量測,如果甩鍋炒菜鍋子離開爐面,也能持續追蹤動態。不會立即斷開功率關掉,只要鍋子放回就會繼續加熱,效率不打折。

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    好的溫度感測還要搭配好的溫度控制,才能做出一流的料理。日本製的 Panasonic IH 調理爐,將自家最自豪的 ECONAVI 技術放進了 IH 爐中。有 ECONAVI 的冷氣能完美控制你的室溫,有 ECONAVI 的 IH 調理爐則能為你的料理完美控溫。

    有 ECONAVI 的 IH 爐不只省能源、和瓦斯爐相比減少碳排放,更為料理加分。前面說了溫度就是一切的關鍵,但是當我們將食材投到熱鍋中,鍋中的溫度就會瞬間下降,打亂物理與化學反應的節奏,阻止我們為料理施加美味魔法。

    所以常常有好的廚師會告訴我們食物要分批下,避免溫度產生太大變化。Panasonic IH 調理爐,只要透過 IR Sensor 一偵測到溫度下降,就能馬上知道有食材被投入並立刻加強火力,讓梅納反應與焦糖化反應能持續發揮變化。而當溫度回到設定溫度,Panasonic IH 調理爐也會馬上將火力轉小,透過電腦 AI 的迅速反應,掌握溫度在最完美區間不劇烈起伏。

    不僅保證美味關鍵,更不用擔心油溫超過發煙點而導致油品變質,讓美味變得不健康。

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    透過 IR Sensor 精準測溫並提升火力。圖/截取自泛科學 YT 頻道
    IH 調理爐完美控溫 。圖/截取自泛科學 YT 頻道

    舒適的烹飪環境

    最後,IH 爐還有一個大優點。相比於瓦斯爐,因為沒有使用明火,加熱都集中在鍋具。料理過程更安全,同時使用者也不會被火焰的熱氣搞得心煩意亂、汗流浹背,在廚房也能過得很舒適。而且因為熱能集中,浪費的能源也更少。

    因為沒有使用明火,料理過程安全又舒適。圖/截取自泛科學 YT 頻道
    Panasonic IH調理爐火力精準聚集在鍋內。圖/Panasonic提供

    為了更多的功能、更好的效能,我們早已逐步從傳統按鍵手機換成智慧型手機。一樣的,在廚房內,如果你想輕鬆做出好料理,同時讓烹飪的過程舒適愉快又安全。試試改用 Panasonic IH 爐,一起享受智慧廚房的新趨勢吧!👉 https://pse.is/649gm5

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    充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

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    用 LED 燈傳資料?探秘可見光通訊的前世今生
    數感實驗室_96
    ・2024/06/22 ・768字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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    本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

    今天我們來聊聊一種超酷的通信技術——用 LED 燈來傳遞訊息。

    你可能會疑惑,LED 燈怎麼能傳數據?其實,這背後的原理並不難理解。無線電波是電磁波的一種,而 LED 發出的「可見光」也是電磁波的一部分,只是頻率更高。既然都是電磁波,那用光來通信似乎也很合理。

    光通信並不是新鮮事。早在周朝,人們就用烽火台來傳遞戰情;我們熟悉的發明家貝爾也發明過光電話(Photophone),且 1880 年 4 月 1 日,貝爾還成功地用光電話在 200 多公尺的距離上實現了通信。

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    然後?就沒有然後了,光通信技術沉寂了一百多年,直到太空通信中找到了新的用途。

    可見光通訊帶來了通信技術的全新篇章。當然,我們也要提到,像遙控器和一些太空通信其實用的是紅外線,但這些都和可見光屬於同一大類——電磁波通信。所以,嚴格來說,可見光通訊也是電磁波通信的一部分。

    未來的世界,燈光不僅僅是照明工具,更是我們連接信息世界的橋樑。

    更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

    參考資料

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    數感實驗室_96
    72 篇文章 ・ 46 位粉絲
    數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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    解密 Wi-Fi、WLAN、802.11:網路通信的差異與演進
    數感實驗室_96
    ・2024/06/21 ・774字 ・閱讀時間約 1 分鐘

    本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

    在現代社會,如果我們到咖啡廳或其他公共場所,打開筆電坐下來後,通常的第一句話都是「請問這裡有 Wi-Fi 嗎?」。

    沒除了 4G、5G 行動通信以外,Wi-Fi 是我們日常生活中常用的上網方式。那麼,Wi-Fi 到底有什麼特點呢?

    首先,來解釋一下幾個常見的名詞:Wi-Fi、WLAN、802.11。

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    你或許都聽過這些詞,特別是 Wi-Fi,但它們之間有什麼差別呢?

    LAN 是 Local Area Network,區域網路的意思。通常指的是像一間網咖這樣的範圍。而 WLAN 就是 Wireless LAN,無線區域網路,這是現在的主流用法。而 802.11,則是專門針對區域網路中無線部分的技術標準。而 Wi-Fi 呢,則可以看作是 802.11 這個技術標準的口語化說法。而 Wi-Fi 的 logo 一黑一白,與太極圖非常相似並非巧合,其 logo 衍生自太極圖,就是想取其相容於任何設備、平台,不管在哪裡都能順利連上網的意象。

    有人說 Wi-Fi 在現代已經像空氣、陽光、水和電一樣,成為不可或缺的基本需求。

    除了 Wi-Fi 我們還介紹 MIMO 這個關鍵技術,如果對更多技術細節感興趣,或是想聽聽像 Bluetooth 是以國王名字命名的科技小故事,都歡迎在留言告訴我們,期待與你們繼續分享更多有趣的科技知識!

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    參考資料

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