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整合的时代 研发也要Convergence
产学展望系列(III)

【作者: 廖專崇】2006年09月05日 星期二

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所谓「奈米」的相关研究其实本身就是一个跨领域的科技,不是单一的学门,尤其越深入研究越需要许多其他领域的整合,清华大学于2001年6月成立奈米科技中心,2003年9月并入国科会的微机电系统工程研究所,加入微机电(MEMS)技术的研究发展成为奈米与微系统科技中心;而奈米尺度的物质在应用上因为物性的改变,造成材料研究上的变化,所以该中心近期又与清大材料中心整合,8月份正名为「奈微与材料科技中心」。


由这样的发展轨迹可以了解,奈米技术的研究除了在技术与知识上需要不同领域的整体观之外,也需要在实务上具备高度的整合,所以清华大学在奈米领域的研究特别成立研究中心来执行,建立共同实验室,研发设备共同采购,甚至透过中央大学、清华大学、交通大学、阳明大学组成的台湾联合大学系统,四所大学的奈米科技中心共用实验室,让研发可以兼顾深度与广度,强化台湾在奈米相关领域的技术发展。


《图一 中心实验室内所制作完成的原型芯片》
《图一 中心实验室内所制作完成的原型芯片》

资源整合与应用

目前清华大学奈微与材料科技中心有三个实验室,具有相当丰富的研发设备,提供学生与教授进行各种先进的研发工作,该中心主任吴泰伯表示,过去学校经费不足,所以实验室的研发设备多半较老旧,而且透过单一教授的实验室,可以争取到的经费有限,在从事高阶的奈米研究时,容易受限于无法取得先进设备做的困境,这也是奈微与材料科技中心成立最主要的目的,透过资源的有效整合让台湾的奈米科技研发能量可以赶上领先的地区或单位。


奈微与材料科技中心在整合了材料中心之后,将可以拥有更多资源,进行奈米材料的研究,目前中心的研发设备包括:奈米压印系统(NIL System)、电子枪真空蒸镀系统( E-Gun System)、多探针奈米电性量测系统(Multi-Probe Nano-Electronics Measurement System)、原子层化学气相沉积系统(ALCVD System)可供奈米级的研究开发计画使用,在使用前中心还会透过训练课程,让要使用的学生与业界人士了解使用的方法与操作规则。另外,中心什至还具备部分奈米生物研究设备,提供相关研究使用。


突破旧思维 发展新技术

吴泰伯特别指出,在这些价值不斐的设备中,原子层化学气相沉积系统用于超薄Hf、Zr氧化物薄膜沉积<10nm等的制造,原本一台设备的造价要数千万,奈微与材料科技中心与国内厂商合作,购买零件自行组装,只花费大约1/5的经费就完成该设备的建置,尽管有部分零件还是必须依赖国外厂商,但是这其实是目前台湾许多研究室的普遍做法,为了在有限的经费中进行高阶研发,却也暴露了台湾产业上弱势的一环。


另外,奈微与材料科技中心最近也积极发展奈米微印技术,这是由于半导体制程在进入奈米等级以后,传统的显影技术由于光波长的关系,预计22奈米制程以下的半导体就无法再使用光罩显影技术,因此利用盖印章原理的奈米微印就成为技术开发重点之一,尽管其中还有不少技术问题待突破,吴泰伯说明,奈米微印技术是利用原子束微影蚀刻系统,将电路图蚀刻在类似模具的材料上,再透过加热压印的方式印到晶圆上,只是目前在模具的材料、模具与晶圆表面的平坦度、压印的力道及压印的良率等技术,都有待进一步的发展。


目前市场上可量产最先进的半导体技术为65奈米,预计在明年就可以进展到45奈米,因此研究单位目前研究的重点都是这个尺度以下的制程,奈米微印技术主要发展25 ~10奈米的制程,不过这部份除了上述压印技术本身的瓶颈之外,在30奈米以下的半导体物性的改变也产生许多挑战,像是电子电性原理的改变、量子效应等,都是相当棘手的问题。


《图二 学生正于黄光室内进行光罩对准的实验》
《图二 学生正于黄光室内进行光罩对准的实验》

上下游全面性的发展才有价值

技术的发展除了制程本身之外,设备也是一个重要的关键,吴泰伯认为,要发展尖端的半导体技术,绝对需要相对等的设备配合,台湾半导体产业实力雄厚,但是却始终缺乏仪器设备这部份的技术能力,长年必须仰赖国外厂商,这也是台湾无法在前瞻半导体技术与欧美日等先进国家一较长短的原因,只能够在量产与降低成本能力上发挥,扮演最佳的市场追随者角色,要改变这种现状只有培养仪器设备产业的能力,让制程技术与仪器设备产业一同发展、成长,才能让台湾整体产业技术再向上提升。


另外,台湾的厂商也因为市场追随者的角色,所以业界投入研发的资源多半也都在量产型的技术上,很少选择最前瞻的技术为发展的重点,因此对于学术界多半都是以人才培育中心的态度来对待,在学界发展前瞻技术的同时也并未十分支持,而一般业界的待遇又比单纯研究的学术界好很多,造成许多学生短视的观念,部分优秀人才并不愿意以研发为职志,这种由来已久的失衡现象,在台湾面临产业转型的当下,应该有调整与反省的必要。


《图三 由中心主任吴泰伯博士所自行设计委托组装的原子层化学气相沉积系统》
《图三 由中心主任吴泰伯博士所自行设计委托组装的原子层化学气相沉积系统》

结语

清华大学奈微与材料科技中心不是传统的研究室,也不是产业的育成中心,其试图在过去业界与学术界之间的模糊地带扮演积极整合的角色,吴泰伯指出,就整体中心的技术研发水准与台湾奈米科技的发展来看,与国外相较尽管不是走在全球最顶尖的位置,但是也有部分技术的发展是领先的,奈米相关领域的研究在全球的历史都不长,我们并未输在起跑点,所以只要积极发展与投入的方向正确,在分出胜负之前都有很大的机会,产、官、学界也应该正视问题,并加以调整,让台湾更能掌握「奈米」Convergence的力量。


《图四 中心主任吴泰伯博士》
《图四 中心主任吴泰伯博士》
《图五 国立清华大学奈米与材料科技中心》
《图五 国立清华大学奈米与材料科技中心》

(采访整理:廖专崇;采访摄影:篮贯铭)


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