研究發展處

計畫主持人－林嘉洤教授（臺北大學電機工程學系）、林泰源（臺𤅇海洋大學光電與材料科技學系）

【計畫名稱】半導體晶片整合生物材料(含海洋生物特色)之光電前瞻設計與輝光應用
【計畫期間】114年1月1日至114年12月31日 
【團隊成員】碩士班研究生-兼任助理：姚睿珊、碩士班研究生-兼任助理：黃彥欽、碩士班研究生-兼任助理：楊翔斌
【摘要及成果】

• 摘要

1. 本研究聚焦於矽基光偵測器之效能提升，針對傳統平面矽在紫外波段吸收不足、表面反射損耗與載子復合造成光電轉換效率受限等問題，提出以多孔矽（Porous Silicon, PSi）結合天然生物材料蠶絲蛋白（Silk Fibroin, SF）之整合式設計。PSi 藉由電化學蝕刻形成高比表面積結構降低反射並增強陷光效應；SF 則具備高透明性與良好介電特性、生物相容性與可溶液製程特性，可作為界面層改善表面鈍化與載子傳輸。
2. 本研究系統性比較平面矽、未氧化多孔矽與熱氧化多孔矽三種基板，並調變SF 濃度（6%、8%）與塗佈層數（5、7、9、10層），探討其對光學及電性表現之影響。

• 結論

1. 基板優化： 多孔結構雖能有效陷光，但未氧化表面缺陷多導致暗電流顯著；透過熱氧化處理可提供優異的界面鈍化，有效抑制漏電。
2. SF 界面工程： SF 不僅提供光學調控，更能透過官能基參與界面電荷轉移，調控能帶彎曲以提升載子收集效率。
3. 最佳化效能： 在「熱氧化多孔矽+ 6% SF + 5 層」條件下元件表現最優，其於266 nm 與365 nm 之最大響應度分別達1267.82 mA/W 與1547.07 mA/W，相較平面矽對照分別提升約70 倍與92 倍。
4. 厚度制約： SF 濃度或層數過高會產生遮蔽效應並增加傳輸阻抗，導致響應度下降，證實適度的界面層厚度對效能至關重要。