陳昇暉

將太陽光轉換成電能的太陽能電池，是二十一世紀面對能源危機，尋找替代能源中相當重要的研究方向。光電轉換的技術有許多不同方式，有光伏元件(photovoltaic cells)、整流天線(rectenna, rectifying antenna)等。本論文主要研究由整流天線改良的金屬－絕緣層－金屬(Metal－Insulator－Metal , MIM)結構，此結構可以直接轉換可見光波長的能量。 　　MIM表面電漿結構的光電轉換，主要利用表電漿耦合機制與熱載子穿隧效應兩種方式。其中，隨著近年來奈米技術的純熟，極薄的膜層(<15 nm)都可以被實現後，由MIM結構各層厚度所決定的熱載子穿隧位能障壁已可自由調整。在產生表面電漿的偶合機制上，傳統的菱鏡耦合法對於入射光有特定角度的限制；而對於結構式二維光柵結構MIM元件，雖突破了入射光特定角度了限制條件，但又發現若要產生表面電漿共振，其結構對於入射光的偏振態有所篩選。 　　綜合以上種種限制條件，本論文題出了三維結構的構思：我們利用陽極氧化鋁法製作了二維的奈米孔洞膜板後，結合自我複製式成膜技術設計並完成了三維MIM表面電漿元件。根據量測結果，除了成功觀察到表面電漿的吸收光譜可在可見光波段的高頻區外，此結構也成功突破特定角度、特定偏振的限制；相比於稜鏡耦合法的平板MIM元件，此研究成果大大縮小了整體元件大小；而且在光電轉換的效率上，相比與結構式的二維MIM元件更超過了一個數量級。其中，我們更發現此三維MIM表面電漿結構對應不同的入射光波長時可產生不同強度光電流的特殊現象。