E4440 教學大綱表

教學大綱表 (114學年度第2學期)

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課程名稱 Course Title	(中文) 實驗物理 (英文) Experimental Physics			開課單位 Departments	電機工程研究所
				課程代碼 Course No.	E4440
授課教師 Instructor	楊祝壽
學分數 Credit	3.0	必/選修 core required/optional	選修	開課年級 Level	研究所
先修科目或先備能力(Course Pre-requisites)：電子學、材料導論或半導體物理
課程概述與目標(Course Overview and Goals)：電子元件的設計需要透過了解材料的基本物理特徵，包含光學特性與電學特性，依據其特性設計出元件的特性。本課程教導學生實驗設計(或稱為實驗物理)，探討第四代半導體的特徵的方式，了解晶體的排列結構，並討論如何形成低溫、變溫、高壓、磁場等量測環境，了解功能性元件的特徵以開發新一代的電子元件。 The design of electronic components requires a profound understanding of the fundamental physical properties of materials, including their optical and electrical characteristics. This course guides students through Experimental Design (Experimental Physics) to explore the features of fourth-generation semiconductors. Students will investigate crystal structures and learn how to establish specialized measurement environments—such as low temperature, variable temperature, high pressure, and magnetic fields—to characterize functional devices and develop the next generation of electronic components.
教科書(Textbook)	實驗物理

課程大綱 Syllabus			學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
序 No.	單元主題 Unit topic	內容綱要 Content summary	學生學習目標 Learning Objectives	單元學習活動 Learning Activities	學習成效評量 Evaluation	備註 Notes
1	課程導論 Course Introduction	1. 實驗物理的範疇與研究方法 - Scope and research methods of experimental physics 2. - 電子元件與材料物理的關聯 - Relationship between electronic devices and material physics	1. 實驗物理的範疇與研究方法 - Scope and research methods of experimental physics 2. - 電子元件與材料物理的關聯 - Relationship between electronic devices and material physics	講授
2	材料的光學特性Optical Properties of Materials	1. 光吸收、反射、散射 - Light absorption, reflection, and scattering 2. - 光譜量測技術 - Spectroscopic measurement techniques	1. 光吸收、反射、散射 - Light absorption, reflection, and scattering 2. - 光譜量測技術 - Spectroscopic measurement techniques	講授實作	實驗
3	材料的電學特性	1. - 電導率、載子濃度、遷移率: 霍爾效應量測 - Electrical conductivity, carrier concentration, and mobility: - Hall effect measurements 2. IV and CV	1. - 電導率、載子濃度、遷移率: 霍爾效應量測 - Electrical conductivity, carrier concentration, and mobility: - Hall effect measurements 2. IV and CV	講授
4	第四代半導體概論	1. 氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC)、氧化鋅 (ZnO) 等材料 -Materials such as Gallium Nitride (GaN), Silicon Carbide (SiC), and Zinc Oxide (ZnO) 2. 能帶結構與應用案例 -Band structure and application examples	1. 氮化鎵 (GaN)、碳化矽 (SiC)、氧化鋅 (ZnO) 等材料 -Materials such as Gallium Nitride (GaN), Silicon Carbide (SiC), and Zinc Oxide (ZnO) 2. 能帶結構與應用案例 -Band structure and application examples	講授
5	晶體結構基礎Fundamentals of Crystal Structure	1. 晶格排列、缺陷與位錯 -Lattice arrangement, defects, and dislocations 2. 晶體生長方法簡介 -- Introduction to crystal growth methods	1. 晶格排列、缺陷與位錯 -Lattice arrangement, defects, and dislocations 2. 晶體生長方法簡介 -- Introduction to crystal growth methods	講授
6	X 光繞射 (XRD)	1. 繞射原理 - Principles of diffraction 2. 晶體結構分析實例 -Case studies in crystal structure analysis	1. 繞射原理 - Principles of diffraction 2. 晶體結構分析實例 -Case studies in crystal structure analysis	講授實作	實驗
7	電子顯微鏡技術	1. - SEM、TEM 的原理與應用 - Principles and applications of SEM and TEM 2. 奈米尺度結構觀察 - Observation of nanoscale structures	1. - SEM、TEM 的原理與應用 - Principles and applications of SEM and TEM 2. 奈米尺度結構觀察 - Observation of nanoscale structures	講授實作	實驗
8	光學量測方法Optical Measurement Methods	1. 拉曼光譜、光致發光 (PL) - Raman spectroscopy and photoluminescence (PL) 2.光學探測在半導體研究中的應用 - Optical probing in semiconductor research	1. 拉曼光譜、光致發光 (PL) - Raman spectroscopy and photoluminescence (PL) 2.光學探測在半導體研究中的應用 - Optical probing in semiconductor research	講授實作	實驗
9	低溫物理環境Low-Temperature Physics Environments	1. 液氮、液氦系統 -Liquid nitrogen and liquid helium systems 2. 低溫下的材料特性 -- Material properties at low temperatures	1. 液氮、液氦系統 -Liquid nitrogen and liquid helium systems 2. 低溫下的材料特性 -- Material properties at low temperatures	講授實作	實驗
10	變溫系統與熱效應Variable-Temperature Systems and Thermal Effects	1. 溫度控制技術 - Temperature control techniques 2. 熱電效應量測 - Thermoelectric effect measurement	1. 溫度控制技術 - Temperature control techniques 2. 熱電效應量測 - Thermoelectric effect measurement	講授實作
11	高壓環境High-Pressure Environments	1. 壓力池設計 -Design of pressure cells 2. 高壓下的能帶與結構變化 -Band structure and crystal changes under high pressure	1. 壓力池設計 -Design of pressure cells 2. 高壓下的能帶與結構變化 -Band structure and crystal changes under high pressure	講授
12	原子力探針顯微術Atomic Force Microscopy (AFM)	1. 表面形貌分析 (Topography) - Surface topography analysis 2. 電性檢測 (Conductive AFM, C-AFM) - Electrical characterization (Conductive AFM, C-AFM) 3. - 熱微影雕刻 - Thermal nanolithography 4, 近場光學 - Near-field optical microscopy (SNOM)	了解與實作AFM檢測	講授實作	實驗
13	功能性元件與綜合研究Functional Devices and Integrated Research	1. 光電元件探討- LED、雷射二極體、太陽能電池 -Optoelectronic Devices: LEDs, laser diodes, and solar cells 2. 光電轉換效率分析 -- Analysis of photoelectric conversion efficiency	1. 光電元件探討- LED、雷射二極體、太陽能電池 -Optoelectronic Devices: LEDs, laser diodes, and solar cells 2. 光電轉換效率分析 -- Analysis of photoelectric conversion efficiency	講授
14	高功率與高頻電子元件High-Power and High-Frequency Electronic Devices	1. 功率元件設計 -Design of power devices 2. RF 元件與通訊應用 -- RF devices and communication applications	1. 功率元件設計 -Design of power devices 2. RF 元件與通訊應用 -- RF devices and communication applications	講授
15	新世代元件設計思路Design Concepts for Next-Generation Devices	1. 奈米結構、量子元件 - Nanostructures and quantum devices 2. 未來電子材料趨勢 - Trends in future electronic materials	1. 奈米結構、量子元件 - Nanostructures and quantum devices 2. 未來電子材料趨勢 - Trends in future electronic materials	講授個案研究	報告
16	學生專題報告與綜合討論Student Project Presentations and Comprehensive Discussion	分組實驗設計與成果展示 -Group experimental design and results presentation	分組實驗設計與成果展示 -Group experimental design and results presentation	心得發表	報告
17	期末考	盤點整學期的學習成效	盤點整學期的學習成效		期末考
18	彈性周	完成課程中教授的實驗	完成課程中教授的實驗		彈性教學

彈性教學週活動規劃

序 No.	實施期間 Period	實施方式 Content	教學說明 Teaching instructions	彈性教學評量方式 Evaluation	備註 Notes
1	起:2026-03-02 迄:2026-06-01	3.實作 Practical class	完成課堂中所教授的實驗體驗，並完成實驗報告。	由實驗報告，了解學生吸收的程度

教學要點概述：
1.自編教材 Handout by Instructor：
■ 1-1.簡報 Slides
□ 1-2.影音教材 Videos
□ 1-3.教具 Teaching Aids
□ 1-4.教科書 Textbook
□ 1-5.其他 Other
□ 2.自編評量工具/量表 Educational Assessment
□ 3.教科書作者提供 Textbook

成績考核 Performance Evaluation：期末考：30% 實驗：30% 報告：30% 彈性教學：10%

教學資源(Teaching Resources)：
□ 教材電子檔(Soft Copy of the Handout or the Textbook)
□ 課程網站(Website)
扣考規定：https://curri.ttu.edu.tw/p/412-1033-1254.php