研發服務平台亮點成果獎─佳作獎

使用平台：儀科中心「先進材料製程研究聯合實驗室」

歷經智慧型手機、電動車的需求崛起，以及近期人工智慧的長足進展，晶片在現代科技中所扮演的角色愈趨重要，也促使晶片朝向更小、更薄、更強大的方向發展，才能因應科技產業的快速成長。

然而隨著電子元件達到奈米尺度，量子效應變得益發明顯，例如粒子之間的交互作用力，或電子與電洞間產生的作用力，都可能帶給電子元件不同程度的影響，造成當前主流採用的半導體材料即將面臨瓶頸，難以再持續微縮。因此如何找到具有潛力的替代材料，成為半導體產業能否突破現況的關鍵。國立陽明交通大學電子研究所助理教授連德軒與台灣儀器科技研究中心（簡稱儀科中心）合作，不但成功找出新一代具有潛力的半導體材料，更為未來半導體元件製程技術提供可能的解方。

半導體技術推陳出新

連德軒的研究主題橫跨電機、物理、化學與材料等多個領域，顯現出跨領域能力對於半導體研發的重要性。連德軒曾就讀國立清華大學材料科學工程學系，而後獲取國立臺灣大學電子工程博士，並在美國加州大學柏克萊分校電機工程學系從事博士後研究，在多方探索中逐漸確立對半導體的研究方向。

連德軒歸國後進入陽明交大電子所擔任教職，開始投入半導體材料的研究。連德軒指出，近年來半導體為提升效能，還要降低功耗，需要不斷微縮電晶體的尺寸與厚度，因此有不同的技術架構推陳出新，例如鰭式場效電晶體（FinFET）的出現，改善原本金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）功率耗損的問題；而環繞閘極場效電晶體（GAAFET）則採用閘極將半導體包覆在中間的架構，來更有效控制電路，進一步提升整體穩定性；甚或出現3D堆疊技術，將多層晶片一層一層向上堆疊，從而增加單位面積的元件密度，提高運作效率。

特別在進入3奈米以下製程時，GAAFET技術逐漸展現優勢，然而GAAFET元件的立體結構相當複雜，使用傳統的物理氣相沉積（PVD）或化學氣相沉積（CVD）時容易產生缺陷，此時就必須採用原子層沉積技術（ALD），才能讓整片電晶體都沉積出相同的厚度。

以創新突破傳統限制

連德軒便著眼於ALD在半導體發展上的重要性，希望能透過此技術來解決當前半導體所面臨的困境。連德軒認為，學界相對於業界，雖然在經費規模上較為有限，卻也能更有彈性地測試各種新的半導體材料、元件與架構，「用我們的想像力，去探索新的可能。」

連德軒實驗室的研究項目幾乎跨足了每個半導體的重要環節，從尋找半導體材料、設計半導體元件，到基於材料和元件發展新製程，以及探索各種材料在奈米尺度下的物理特性，包括電子傳輸原理、量子效應等，「像這些新的物理知識是教科書上沒有的，而這些是未來在電子元件中必須考量的問題。」

例如本次獲獎的「原子級超薄氧化物半導體研究與應用」，實驗團隊發現氧化銦十分具有潛力，可作為半導體3D堆疊的材料，同時能夠適用於ALD技術。下一步就是根據氧化銦材料來設計出適宜的元件與製程，也要找到適合的方法來摻雜N型與P型半導體，以妥善控制電晶體的導電性。

實驗團隊的重要成果之一，便是開發出一種全新的「光熱合併調節技術」，即透過簡易的加熱與照射紫外光的方法，就能便利地調節厚度僅2奈米的氧化銦電晶體導電性。目前此方法已驗證可實際投入產線製程，並獲得雷捷科技的支持。另外，連德軒團隊也開發出一種透過紫精分子進行的電荷轉移摻雜技術，可在相對低溫的環境下，調節氧化銦電晶體的載子濃度。在這些重大創新之下，成功克服原有半導體架構的限制，有望為新一代半導體帶來更先進的製程發展。

先進材料製程研究聯合實驗室提供豐沛助力

連德軒之所以能夠持續創新，在學術上屢屢發表重大成果，並與業界接軌突破傳統困境，除了掌握跨領域專業與洞察關鍵問題，也有賴於團隊合作。連德軒實驗室與儀科中心合作，偕同各學研界單位共同組成「先進材料製程研究聯合實驗室」。此聯合實驗室不但為連德軒團隊提供ALD技術支援、X射線光電子能譜儀整合之六吋叢集式系統等尖端半導體製程與測試設備，更提供材料合成、元件製作等服務，大大降低實驗門檻與經費開支，使連德軒能夠專注進行科學研究。而除了提供設備與技術支援外，先進材料製程研究聯合實驗室也促成連德軒實驗室與業界、國外研究團隊組成跨國研究團隊，共同針對重要問題設計實驗與開發製程。

在與儀科中心長期合作過程中，連德軒誠摯感謝儀科中心柯志忠組長與周宗德助理研究員的大力協助，在各項研究上都受惠於這項平台的支持。連德軒未來會持續探索新穎半導體材料與物理學，期待在半導體研究中不斷發現新的可能。