黃暄益Michael H. Huang

國立清華大學化學系特聘教授

發現半導體材料的晶面效應 有助開發新型電晶體

本人從10 年前於實驗中認知到氧化亞銅具有極大的電性及光催化活性的晶面效應，因此積極進行各種多面體材料的合成，以確定這些現象在半導體材料是廣泛存在的。近年來並使用無摻雜矽及鍺晶圓來量測電性，發現導電的晶面效應在極大尺寸的晶圓也是存在的，並不侷限於奈米粒子。利用此導電性極大差異的現象，可以得到如p-n junction 的整流I-V 圖，因此可製備新型的電晶體。


藉由DFT 計算，提出一表面薄層的概念。於此薄層中不同晶面具有不同能帶及原子鍵的細微扭曲及orbital le vel 的電子能量分布，使得其電性可有極大差異。在光催化活性方面，證明無光催化活性的晶面沒有自由基的產生，且電荷也到不了粒子表面。在許多氧化亞銅與其他半導體材料形成的異質結構中，發現介面的晶面會造成大的能帶變化，因此異質結構的光催化活性不會完全一樣。


在光學方面，發現氧化亞銅及其他半導體粒子皆具有光吸收和放光的尺寸及晶面效應，當粒子大於數百奈米的尺寸時，仍然會有波長位移，因此畫出新的能帶圖以呈現尺寸及晶面對能隙的影響，解釋為何能隙並不是一固定值。半導體的光學晶面效應同樣可用此一薄層的概念來了解。這些結果應會使人們對半導體材料的認知帶來深遠的影響，並可能於未來將這些結果寫進教科書。


在應用方面，因電荷在半導體表面或介面的傳輸具有很大的晶面效應，因此可將這樣的認知運用於太陽能電池和LED 的設計上，也可製備最好的半導體介面來增強光催化活性或產氫。在光學方面，可利用粒子形貌或晶面來改變放光波長。

得獎感言

這次得獎真的很不容易，因多年來都有許多競爭，另外不管研究成果如何精采，頂級期刊主編及副主編經常都不理我們的論文，雖然我們在奈米材料領域已有10 多年的好成果，論文引用也上世界排名，但他們還是無感，幾乎每篇論文都先要被退一輪。這說明我們要以更客觀的角度來評比每個人的學術表現。感謝化學評審委員對我們的研究成果的肯定。

個人勵志銘

當你發現半導體可以同時導電及不導電，有好的光催化活性也可完全沒有，你要有智慧繼續挖寶，不過這很難。