主講人:陳貴賢特聘研究員兼所長(本院原子與分子科學研究所)
活動側寫:林奕廷(臺中市立臺中第一高級中學)

 

為推廣科普知識,本院自2005年起,每年定期推薦本院院士或研究人員至高中演講,與年輕學子交流互動,以深入淺出的方式分享學術研究成果。

2021年9月25日,本院原子與分子科學研究所陳貴賢特聘研究員兼所長受邀前往臺中一中,擔任通識講座主講人,主講「半導體發展的故事」,由該校二年級24班林奕廷同學撰寫側記及心得,內容如下:

(一)積體電路的基本元素

圖一、基本電路圖,筆者自攝

首先,陳老師為我們介紹半導體及積體電路的發展。自早期的工業革命、真空管的應用,一路介紹到近年臺積電在製程上獨步全球的過程。了解歷史脈絡後,正式開始介紹積體電路的基本元素:電晶體。透過半導體材料上的電子電洞對,我們能製造三極體作為訊號放大器,進而以此實現在電路上進行加法、乘法以及二元邏輯運算。而歷史發展上,原本是使用鍺元素作為半導體的主要研究對象,後改用矽中參雜硼及砷,為主要發展材料。

介紹了電路後,老師說明為了滿足在最小的體積下塞入最多電晶體,光刻技術因而誕生。透過各種短波長的雷射、合適的光阻材料,以及化學蝕刻的手法,我們得以在矽晶圓上雕刻奈米尺度的電路,只要有設計完成的模板,便能如影印機一般不斷生產。更甚,由臺灣積體電路製造公司研究細微製程的作法,更是在雷射光源未能突破的情況下硬是做出了七奈米製程,使其技術甚至遙遙領先Intel。如今,在EUV雷射逐漸成熟的情勢下,製程有望持續進步,為臺積電帶來更大的效益。

(二)臺灣半導體發展過程

圖二、EUV光刻機解說圖,筆者自攝

至此,我更加了解了臺灣的晶片產業發展過程。從一開始和國際大廠競爭,到後來逐漸超越,直至目前成為半導體龍頭,甚至AMD和NVIDIA都需要臺積電的供貨,可見臺灣在這個產業所付出的心血。陳老師詳述了半導體製造相關知識,物理學家和工程師能利用基本的原理設計如此精妙的工具—包括多層晶圓的切割、新的幾何學及堆疊方式的研究等等發展都令人感到驚嘆。其中最吸引我的,莫過於接觸過的量子計算,倘若我們能成功設計出半導體材料中的量子位元,勢必能為臺灣帶來更大的優勢。

此外,陳老師也詳細分析了臺積電成功的原因,不僅是技術先進,更關乎其獨特的營運模式及嚴謹的管理制度,及員工的敬業刻苦。這些都讓當日聽眾更加理解,臺積電半導體先進技術的得來不易。

(三)聆聽心得

以往我不太能想像電晶體的具體作用,但透過老師的解說,學到不少基礎及應用科學知識更能實際推演出電路的運作原理,對於所謂核心、隨機讀取記憶體的名詞也有了更具體的概念。此次演講不僅帶我認識了半導體,也讓我重新思考了臺灣的價值。曾經,一群科學家為臺灣做出努力,在相對困頓的環境中研發出獨步全球的技術,在眾人無法進步時以不被看好的手法開疆拓土。雖然未來不一定會參與半導體產業,然而我認為這種追求卓越的精神,及民族的韌性,是值得我學習、繼承的。

最後,老師也分享個人在國外求學及旅居,最終回到臺灣的歷程,在過去臺灣的半導體研發尚未茁壯之時,願意回臺從事相關研究,為自己的故鄉付出所得到的收穫。他也特別分享,在個人學習科學專長的同時,建議我們不忘兼顧美術、音樂等人文素養。因為在頂尖研究機構中的選才標準,除了專業能力,也注重個人特色及特質,尤其應聘的多數人都已是專業領域中的佼佼者。感謝中研院的陳貴賢老師願意用這場演講,帶領我踏入一個未曾接觸過的領域,也獲知了不少珍貴的人生經驗。