研發服務平台亮點成果獎─佳作獎
使用平台：國家高速網路與計算中心「simPlatform平台」

高效能運算（HPC）與量子計算（QC）是推動當代科學加速進步的重要領域，因電子元件的物理特性，在低溫下可以達到電流大、漏電少的情況，提升電腦運算效能，因此許多資料中心都設立在氣溫較低的地區，或是運用空調設備讓機房維持在低溫的環境當中。不過溫度只是影響效能的因素之一，在某些特定的條件下，也會造成低溫漏電的情況發生。國立成功大學電機工程學系副教授高國興與國家高速網路與計算中心（簡稱國網中心）合作「超低溫金氧半場效電晶體由於直接穿隧電流所造成之臨界擺幅飽和」專案，成功找到造成低溫下金氧半場效電晶體（MOSFET）漏電流的原因，其研究成果獲得國內外頂尖期刊和獎項的肯定。

堅定志向　從軍涯進入杏壇

高國興深耕固態電子元件研究，擅長運用模擬計算觀察電子元件的材料變化，近年來更是著重於低溫半導體電子元件，透過模擬計算探索不同材料並找出新的特性，優異的學術表現也讓他獲得「第60屆十大傑出青年」的榮耀。高國興的學術之路很不平凡，國中因考量家庭經濟因素，家人替他選擇就讀中正預校，高中畢業後進入海軍官校，然而封閉式的軍事教育關不住他嚮往自由的靈魂，當時國軍為了提升智育素養，鼓勵軍校學生努力念書，成績好的學生可獲得學費補助至一般大學念書，並擁有軍校和一般大學的雙重學籍，高國興積極把握機會，成功考上了國立中興大學土木工程學系，成為了他所嚮往的大學生。

然而，在一場普通物理期末考中，高國興迎來了改變他人生的第二次機會。高國興回憶，當時期末考卷上有一個題目是「老師該如何幫助同學把物理學好？」他抱持著半開玩笑的心態寫下了「讓我轉物理系」，旋即被教授看見並鼓勵他申請轉系，也成功通過轉系考，邁出物理研究的第一步。後來，高國興也考上了國立交通大學電子物理研究所，跟隨著恩師趙天生教授的腳步投入半導體物理元件研究，並在趙天生教授推薦之下，前往全球固態電子領域頂尖研究單位比利時魯汶大學(KU Leuven)與校際微電子研究中心(imec)攻讀博士學位，在此期間奠定了模擬計算領域的基礎，也結識了重要的專家同事，開拓了科學視野。回國後他選擇至成功大學任教，培育人才，成功翻轉職涯，從軍校生成為了一名優秀的固態電子元件專家。

高速算力助益模擬低溫漏電流效應

高國興自imec畢業後一直與母校保持合作關係，他從imec發表的論文得知當電子元件很大時，因為材料和材料之間的介面不完美，一定會造成漏電，因此獲得研究靈感，猜想當電子元件很小的時候，可能會有其他的物理機制導致漏電。不過要證明他的假設需要龐大的運算，普通電腦的模擬軟體無法執行，而國網中心simPlatform雲端應用平台提供的高速計算與模擬分析資源，就成為推動研究續行的關鍵。

高國興團隊在「超低溫金氧半場效電晶體由於直接穿隧電流所造成之臨界擺幅飽和」研究專案中，運用simPlatform的量子電傳輸計算模組以及超級電腦台灣杉1號執行模擬計算，發現當金氧半場效電晶體矽通道的長度短於25奈米時，就無法藉由降溫至低於50 K來降低漏電流，此量子效應將會大幅影響矽基互補式金屬氧化物半導體在量子電腦中的發展。高國興說明，在奈米尺度下，有一些未預期的量子效應會導致在低溫下漏電流的數值竄升，其中之一就是源極-汲極量子穿隧效應。當金氧半場效電晶體越小，通道長度越短，源極與汲極之間的距離將變短，這會引發從源極到汲極的量子穿隧效應與漏電流。若要降低量子穿隧機率，改善漏電流的大小，高國興團隊提出可藉由增加對閘極的控制能力來消弭兩電極間的穿隧電流，或是使用二維材料增加材料中電子的有效質量來進行改善。由於矽基互補式金氧半場效電晶體已經公認為操作量子位元的最佳候選者之一，此研究發現與改善方案將成為量子電腦發展之一大助力。

感謝國網中心專家指導突破研究瓶頸

在成功的背後，研究團隊也曾遭遇許多困難，例如在處理模擬不收斂的問題遇到很大的障礙。高國興說明，在電子元件計算裡面的參數和方程式非常多，要找到一組能滿足所有方程式的自洽解，不是一件容易的事，特別在低溫的條件下又更困難，數值需要精確到小數點後面200位甚至300位，這是團隊之前沒有遇過的狀況。所幸國網中心的數據專家李玟頡和陳南佑耐心地指導並提供專業協助，否則此項研究成果難以誕生。

國家實驗研究院研發服務平台亮點成果獎頒獎典禮時，高國興正好人在國外無法親自領獎，這是他第一次透過影片發表得獎感言，他感謝道：「誠摯感謝國研院建立國網中心和半導體中心如此寶貴的資源平台，還有一路走來支持團隊研究的國研院專家夥伴，無論是硬體設備或者是專業智慧的協助，都給予團隊很大的支持。同時也特別感謝國網中心李玟頡研究員和陳南佑研究員幫助克服數值的問題，讓『超低溫金屬氧化物半導體場效電晶體由於直接穿隧電流所造成之臨界擺幅飽和』的論文能夠成功發表，長期以來與國研院的合作都非常愉快，也期盼未來能夠繼續合作，做出更好的研究。」