張瑞芬

本論文主旨為利用Poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyoctyoxyl)-1,4-phenylenevi- nylene](MDMO-PPV)搭配 [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl est er (PC_61 BM)作為主動層材料，開發光電倍增二極體（Photomultiplication Organic Photodiode，PM-OPD）。本研究分為兩部分，第一部分著重於標準型光電倍增二極體的優化，透過調整不同PC_61 BM摻雜比例以提升元件的外部量子效率(External Quantum Efficiency, EQE)與光響應度(Responsivity，R)；而第二部分將主動層放置於雙銀共振腔當中。理論上，在共振腔中光子如果與材料激發態(激子)之間能量接近時會產生能量耦合，產生半光半物質之混成態，即偏極子(polariton)共振態。而偏極子能有效改變光吸收的機制，使元件的光響應不再拘限於材料本身的吸收範圍。 在優化標準型光電倍增二極體的過程中，透過不同PC_61 BM摻雜比成功在4 wt%下達到最好的效率，其外部量子效率在521 nm入射光條件照射下達到4668 %。不過後續通過模擬激子產生率瞭解內部機制並與實驗對比，最後表明此類型元件強烈依賴於主動層中主體材料的吸收。 後續透過引進偏極子的物理機制，將元件設計為共振腔結構，以實現光響應的紅移，透過光譜測量證明偏極子元件確實能有效改變光吸收機制，使元件的光響應不再拘限於材料本身的吸收範圍。後續進一步利用角度解析光譜技術和Hopfield Hamiltonian色散模型，研究偏極子元件在多角度下的吸收特性，結果表明偏極子元件具有弱角度色散且窄帶吸收的優勢。最終，所製作的偏極子元件在628 nm入射光條件下的外部量子效率從43 %提升至311 %，拉比分裂為890 meV，耦合強度為激子能量的35 %，證明此時元件屬於超強耦合的狀態。