研發服務平台亮點成果獎─特優獎

使用平台：台灣半導體研究中心「先進半導體製造與高頻量測技術服務」

距今約60年前，美國英特爾（Intel）公司共同創辦人之一的摩爾（Gordon Moore）提出了著名的「摩爾定律」，預示積體電路上的電晶體數目，會因為製程技術的演進，每18個月就增加一倍。換句話說，電腦的運算速度也會倍數成長，造就越來越強大的數位科技。

回頭來看，現今的確如摩爾定律預言，我們所擁有的智慧型手機、電腦等，皆蘊含深厚的尖端半導體技術，其運算能力早已遠遠超越半世紀前最初始的晶片效能，也讓所謂的巨量資料分析、人工智慧（AI）等應用得以實現。然而，「摩爾定律即將到達盡頭」的說法在近幾年甚囂塵上，其中一大原因便是當製程進入奈米尺度，一顆電晶體從數十奈米縮小到最窄處僅有五奈米、三奈米時，進展速度必定會越趨緩慢，也會因為量子效應的關係，讓半導體製程遭遇到前所未有的阻礙。

戮力突破摩爾定律

為了超越摩爾定律（More to Moore），使運算速度能夠持續提升，半導體產業與眾研究人員無不卯足全力要找出新一代晶片的解方，除了將電晶體越做越小之外，還有什麼方法能夠提升運算速度？

國立臺北科技大學電子工程系教授胡心卉的團隊採用了一種不同的思維：目前電晶體的電路主要以「平面」擺放，如果能將電路以一層一層堆疊起來，讓單位面積容納更多電路元件與功能，就能夠進一步提升電晶體效率。

以此概念為核心，胡心卉與國立陽明交通大學、國立成功大學研究團隊合作，創造出新型電晶體上下疊層架構：下層採用p型多晶矽薄膜電晶體，上層則是n型氧化銦鎵鋅（IGZO）薄膜電晶體，整合成為異質通道堆疊式互補場效電晶體（CFET），實現將IGZO運用至邏輯電路中的目標。

胡心卉解釋，IGZO原本是面板業在製作顯示器時常採用的技術，如今整合到了半導體製程中。與傳統非晶矽（amorphous silicon）材料相比，IGZO的優點是漏電量低，同時遷移率高，使得電流量大，採用IGZO還能讓電晶體結構變得更為精簡，自然就帶來更高的運作效率。

胡心卉團隊所製造出的堆疊式結構，能夠將反相器（一種電路結構）面積大幅縮小，將可應用至6T靜態隨機存取記憶體（SRAM），在增加元件密度的同時，還能節省能源消耗，未來有望納入一奈米製程。除此之外，這種堆疊方法能夠將不同功能元件，如射頻元件，以一體化製程整合於同一基板上，可因應產業對於系統整合型面板的需求。

半導體中心提供絕佳環境

胡心卉團隊的目標之所以得以實現，除了瞄準未來的創新洞見外，還有賴於齊全的實驗設備。由於半導體領域具有快速演進的特色，同時是一種高技術、高資本的產業，因此在從事相關基礎研究上，自然也需採用高科技儀器才能發展出更具突破性的技術。

事實上，在胡心卉剛進入臺北科技大學擔任教職時，就曾因為設備與經費有限而遭遇困境。當年除了她自身，校內並沒有其他固態元件領域的研究者，這也代表學校內沒有任何相關儀器可供使用，特別是半導體設備大多非常高昂，單一實驗室難以負擔其費用。為了能夠順利進行研究，胡心卉便採用台灣半導體研究中心（簡稱半導體中心）的設備與服務。

在胡心卉的學生時代，就曾經在國家奈米元件實驗室進行研究工作，深知在半導體領域必須善用研究平台的重要性。而現今的半導體中心，便是由過去的國家晶片系統設計中心與國家奈米元件實驗室合併組成，兩單位在過去數十年來都累積了豐富的半導體技術研究經驗，在晶片設計、製造等方面對台灣半導體發展十分重要。

胡心卉團隊主要採用半導體中心所提供的兩項服務，一是無塵室，讓研究團隊能夠就地設計並製作電晶體、電路以供研究使用；二是使用高頻量測平台，讓研究人員可以隨時測試元件參數，並適時做出調整。此外，這些相當於業界等級的製程平台都有專人維護，並協助研究人員因應需求調整參數，不僅能讓儀器維持穩定運作，還能精準產出各種所需的產品。

鞏固基礎 持續投入優異人才

曾任國家實驗研究院院長、現為成功大學電機系特聘教授的王永和指出：「半導體產業涵蓋的領域非常廣，它需要物理、化學、機械、計算等，基本上屬於跨領域，因此需要各領域的人才，有些人開發設備，有些人做製程，有些人去做模擬，每個方面都需要相輔相成。」台灣半導體產業若要持續蓬勃發展，便需要更多高階人才的加入，「尤其當元件越來越小，就會牽涉到很多量子問題，這時候就需要高深的物理與數學來解決。」而培育半導體人才也是半導體中心的重要目標之一，唯有持續投入資源，台灣才能長期在國際上佔有領先地位。

對此胡心卉十分有感，因為半導體中心提供學術研究者充足的研究平台服務與支援，不僅讓實驗室得以順利運作，產出優秀的研究成果，也幫助培育了許多參與實驗工作的學生，累積寶貴經驗，得以為半導體發展持續做出貢獻。