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計算量子化學設計人工光合作用光陽極並評估析氧反應速率

為了解決mpw半導體的問題，作者鍾怡瑩 這樣論述：

本研究利用密度泛函理論計算人工光合作用中光陽極材料之性質與反應過程之探討，其中研究的材料為無機半導體釩酸鉍(BiVO4)和單核釕基催化劑Ru(bda)(6-F-isq)2 (bda=2,2'-聯吡啶-6,6'-二羧酸, isq=異喹啉, F=氟)。BiVO4是近年備受矚目的半導體材料，其可吸收可見光、良好導帶邊緣位置且系統反應穩定。而釕基催化劑在水氧化領域中一直具有良好的反應速率。因此本篇欲結合具良好導帶邊緣且穩定之BiVO4與具有高效反應速率之Ru(bda)(6-F-isq)2，期望複合型催化劑能結合兩者優點，使陽極析氧反應速率有進一步的發展。本研究第一部分先以單斜晶系白鎢礦之釩酸鉍(ms

-BiVO4)為初始材料，建立單位晶胞模型後，進行幾何結構最佳化。接著分別取代第一和第二層的金屬原子，計算電子能帶結構和雜質形成能，以推斷鋯(Zr)實際取代之位置。第二部分利用軟體Gaussian 09計算Ru(bda)(6-F-isq)2的基礎性質，包括分子軌域圖以及紫外/可見光之吸收光譜，以驗證模型的合理性。第三部分將Ru(bda)(6-F-isq)2連接BiVO4進行結構最佳化，得到最低能量時的穩定結構後，加入水分子逕行析氧反應的過渡態搜尋，再經內座標反應系統驗證過渡態結構。最後求得逐步之反應速率常數，確認反應路徑。總結以上，經研究本篇第一部分發現由理論推估的雜質形成能量在Zr取代Bi時

較小，表示取代的機會較高。第二部分計算確認連接BiVO4之Ru(bda)(6-F-isq)2 其UV/Vis光譜相對未連接之Ru(bda)(6-F-isq)2明顯往紅外光方向移動，推斷連接BiVO4後可以改善Ru(bda)(6-F-isq)2之吸收光譜。第三部分計算析氧反應之過渡態的過程中，發現與未連結BiVO4之Ru(bda)(6-F-isq)2比較，整體反應最困難的步驟在將OH*裂解的過程，判斷原因可能為氫離子單獨存在反應中的機率極低，並且本研究未加入溶劑效應進行計算，所以模擬的反應速率較慢，在實驗的過程中會有溶劑的影響同時會加入助催化劑來改善。

利用標準CMOS製程製作螺線型微型金屬加熱絲之紅外光熱輻射發光元件

為了解決mpw半導體的問題，作者賴世豪 這樣論述：

除了工業上的應用以外，遠紅外線熱輻射發光元件在醫療上已有許多應用，例如增加血液循環、加速傷口復原等。而為了使之更廣泛的運用在生活中，降低成本以及大量製造便是重要的課題之一。本論文主要在改善先前製作之遠紅外線熱輻射發光元件的問題，針對其熱均勻度及發光效率做改良，設計十五種不同的元件參數來進行比較。本次與前次元件皆利用現有的0.18 µm CMOS標準製程製作，以達到好的製程穩定性、低成本及大量製造的目標。本次重新設計加熱絲形狀，以螺線型取代先前的蛇線形，以達到表面溫度均勻分布的目的；加熱材料改用正電阻溫度係數的金屬材料，其電阻與溫度成正比，高溫時能抑制輸入電流，避免元件過載而損毀。其中部分的設

計利用晶圓廠提供之MEMS後製程技術，將加熱絲底下之基板挖空，以空氣隔絕熱能，防止熱能往基板散失，進而比較挖空與否的效率差異。本次元件經量測後，發光效率皆比前次元件高，發光波段皆落在8 µm以後，熱分佈也較均勻，元件在5V的偏壓下最高可達到5.7×10-5的發光效率，功率密度為2.48 mW/cm2。不同元件的比較結果中，有挖空基板的元件有良好的熱侷限性，而在定電壓且相同線寬的前提下，電阻較小其效率較好；而在定電壓且相同尺寸的前提下，較大的電阻有較好的耐壓性。