子計畫九：節能栽培與滅菌
主持人：陳志銘
團隊成員：武東星、林佳鋒、劉柏良
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
開發UV LED與AlGaInP LED的材料與元件，並進一步優化元件發光效率，並解決電流擁擠效應，使元件發熱量減少。特色亮點如下：（一）開發紫外光發光二極體：紫外光光源可分成三個波段，UV-A LED (波長315-400 nm)常用於固化應用、防僞檢測，以及應用於光觸媒的空氣清淨器。UV-B和UV-C LED (分別為280-315 nm和100-280 nm)具有醫學光照治療應用、螢光分析和藥物研發。其中UV-C LED，又可稱為深紫外光LED (DUV-LED)更具能夠通過破壞微生物的DNA和RNA防止其繁殖，具有殺菌消毒功能之潛力。(二) 在AlGaInP LED研究中，提出圖案化的n砷化鎵(GaAs)磊晶層。光輸出強度圖像表明，這種蝕刻技術可以提高電流分佈的均勻性，與模擬結果相符。與傳統的FC mLED相比，具有圖案化n-GaAs層的FC mLED的輸出功率從3.4 %增加到4.5 %，插座效率提高1.04 %。(三) 使用Ag作為圖案化的n-GaAs而非AuGe上的反射器：與帶有AuGe反射器的FC mLED相比，帶有Ag反射器的FC mLED的輸出功率提高3.5 %–8.2 %。(四) 使用環氧樹脂和遠場輻射模式封裝的FC mLED表明封裝的FC mLED具有更小的發散角和更窄的視角，預期可應用於UV LED上。
(一)人才培育面向 - 武東星教授之兩位博士生辛古安(Anoop Kumar Singh)，葉博萊(Bharath Kumar Yadlapalli)博士生受此計畫資助，將參與永續農業創新發展中心於110/12/15(三) 於圖書館7樓舉辦Enable center 年會暨永續農業創新發展中心聯合成果發表會，其中武東星教授指導辛古安(Anoop Singh) 博士生，更於今年發表兩篇SCI論文(Appl. Surf. Sci. 566 , 2021 150714 & Nanomaterials 11, 2021, 1–12)，獲得中興大學學術論文獎勵金共100,000元。
- 武東星教授與劉柏良教授共同指導碩士學生張乃仁以微型發光二極體研究獲第二屆國際精密工程研討會之最佳海報競賽獎(N. R. Chang, P. H. Chen, Po-Liang Liu, and D.S. Wuu*, “Improvement in 80×160 Passive-Matrix μ-LED Display via Passivation Coatings”, The 2nd International Symposium on Precision Engineering 2021, ISPE 2021, Poster No. P-16, Excellent Poster Award, Han-Hsien International Hotel, Kaohsiung, Taiwan, November 12~14, 2021.)
- 武東星教授開發寬能隙之複雜氧化物氧化鋅鎵(ZnGa2O4；ZGO)材料，此具有優異的高溫化學穩定性，適合作為深紫外光感測器。此文章刊登於國際頂尖期刊《Advanced Materials Interfaces》，被編輯選為內頁封面文章。
圖(a)期刊內頁封面；(b)ZGO薄膜與基板介面之TEM圖；(c)光感測器元件；(d)光響應圖譜
- 武東星教授研究採用Al和ZGO之靶材在400℃基板溫度下共濺射和800℃熱退火的方法，並於c平面藍寶石上沉積了Al摻雜的ZnGa2O4 (ZGO)薄膜，以提高薄膜的結晶品質。在本研究中，退火後，所有薄膜均呈現ZGO相的結晶性質。這種退火20 W的金屬-半導體-金屬之光電探測器搭配Al-doped ZGO可表現出的光電流與暗電流比率，元件性能改善了12倍。開發寬能隙之複雜氧化物Al-doped ZnGa2O4材料，此具有優異的高溫化學穩定性，適合作為深紫外光感測器。透過濺鍍製程製備ZGO感測器，並將薄膜品質提升至準單晶結構，使提升光響應之效果，可應用於農業上之節能栽培與滅菌。研究成果發表於Applied Surface Science (IF: 6.707，Rank: 4%)，《論文連結》
武東星教授開發寬能隙之複雜氧化物氧化鋅鎵材料
- 陳志銘教授，增強光捕獲是提高染料敏化太陽能電池光伏性能的必要策略，典型的方法是在光電陽極使用光散射層，以增加入射光的散射與被捕獲效率。在本研究中，我們設計一種由微米級絹雲母薄片和二氧化鈦奈米顆粒組成的新型光散射層，並使用兩種尺寸的二氧化鈦奈米顆粒(20-30 nm 的 P25-二氧化鈦和 30-100 nm 的 B-二氧化鈦)進行材料優化。此種混合散射層提高了染料敏化太陽能電池在標準One Sun太陽光和低強度照明下的光電轉換效率。分別使用 P25-二氧化鈦/5 wt% 絹雲母和 B-二氧化鈦/25 wt% 絹雲母散射層，染料敏化太陽能電池的最大電池效率分別為 8.667 % 與 8.963 %，優於使用純二氧化鈦散射層(8.2%)。在 6,000 勒克斯照度下，採用相同的二氧化鈦/絹雲母混合系統亦獲得22.936 % 與 23.121 % 的最大電池效率。此種在散射層中添加絹雲母確實可增強光收集性能，並提供製備更有效光散射層的新途徑。摻雜雲母至光電極反應層，增加光利用率並提升太陽能電池的效能表現。研究成果發表於Electrochimica Acta (IF: 6.901，Rank: 27%)，《論文連結》
- 第二屆國際精密工程研討會(International Symposium on Precision Engineering 2021, ISPE 2021)於11月13日在高雄寒軒國際大飯店舉行，會議由中興大學與美國科學與工程學會SciEI主辦，中興大學工學院楊明德院長代表ISPE會議委員會，對來自世界各地專家及學者表達誠摯歡迎。本次參與ISPE2021臺灣學者以實體方式出席，同時配合教育部新南向計畫及強化與東協及南亞國家合作交流，大會邀請馬來西亞、印度、新加坡、越南、泰國及美國等學者以視訊同步跨洲及跨時區出席，會議亦受到 Conference Alerts、COMS Conference Management Software及高雄市政府經濟發展局之亞洲會展網頁關注。部分技術與UVLED永續農業技術息息相關。
- 本次參與ISPE2021臺灣學者以實體方式出席，大會邀請 (1) Prof. Yu-Lin Shen, Department of Mechanical Engineering, University of New Mexico, U.S.A. (2) Assoc. Prof. Dr. Jun Hieng Kiat, Department of Mechanical and Material Engineering, University Tunku Abdul Rahman, Malaysia (3) Assoc. Prof. Yew-Hoong Wong, Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, University of Malaya, Malaysia (4) Dr. Nabila A. Karim, Fuel Cell Institute, University Kebangsaan Malaysia, Malaysia (5) Prof. Chengkuo Lee, Department of Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore, Singapore (6) Assoc. Prof. Dr. Huy-Tuan Pham, Faculty of Mechanical Engineering, Ho Chi Minh City University of Technology and Education, Vietnam. (7) Prof. Ngoc Dang Khoa Tran, Faculty of Mechanical Engineering, Industrial University of Ho Chi Minh City, Vietnam (8) Assoc. Prof. Dr. Teeranoot Chanthasopeephan, Mechanical Engineering Department, King Mongkut's University of Technology Thonburi, Thailand (9) Prof. Bhaskar Kanseri, Department of Physics, Indian Institute of Technology Delhi, India (10) Prof. Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Advanced Membrane Technology Research Centre, University Teknologi Malaysia, Malaysia等馬來西亞、印度、新加坡、越南、泰國及美國等學者以視訊同步跨洲及跨時區出席。
- 國立中興大學永續農業創新發展中心為教育部高教深耕計畫補助特色領域研究中心中一，該中心推動重點之一為開發固態照明光源應用於農作物生長的研究，已開發固態優化深紫外光發光二極體(UVC-LED)應用於植物補光領域並可以達到節能栽培與滅菌效果。此次會議重點之一即討論固態照明光源之現在與未來，包括陽明交通大學電子工程系洪瑞華特聘教授及中興大學玉山學者杜武青講座教授共同探討產業技術趨勢發展之先端LED技術最新進展，其他參與學者尚包括暨南大學武東星校長、興大產學研鏈結中心林佳鋒主任、興大精密所劉柏良所長及明新科技大學生醫光電產學研究中心楊伯溫主任等以口頭或海報發表相關固態照明光源研究並與台灣及世界各地學者達成新南向之農業國際交流，國內參與研究生與學者將近九十餘人以全英語進行口頭報告及海報發表。
透過專利技術轉移，可有效提升產業界專利佈局，從磊晶堆疊結構之關鍵專利到優化技術之技術專利，皆可有效的提升產業技術及鞏固專利佈局。磊晶元件的製作方法，即是半導體元件之結構分布，從基板、磊晶層到電極分層，還有結構外型，皆在此專利範圍內。無電極遮光的發光二極體及其製作方法，此專利將電極做在第一層磊晶層延伸區域上，使得不遮到發光區域，提升發光效果。垂直導通結構發光二極體的製作方法及其製品，則是一新型之LED元件結構，包含一分離基板之創新技術。固態發光結構的製造方法，此專利是發光二極體之結構專利，對於發展UV-LED有重大之影響。
二、未來展望 - 提升LED之量子效率及輸出功率，進一步提升滅菌功效。
- 優化LED之輸出光型，提升產線上滅菌效率，進一步模擬產線製程，並針對雞蛋中之沙門氏桿菌進行研究，評估滅菌效率。
