國立交通大學 吳重雨校長

淺談電子資訊產業‧奈米科技‧晶圓技術 

• 1.請問“電子資訊”產業究竟包含些什麼？

• 2.奈米科技將會影響未來電子資訊產業的發展，但什麼是“奈米科技”呢？

• 3.現在也有許多人在說“量子元件”，它有什麼不同嗎？

• 4.製作奈米元件似乎會遇到許多的難題，但為什麼人們還是持續想要把元件越做越小呢？

• 5.院長您提到學術界和工業界的研究中間約有十多年的差距，那工業界的這些廠商們在未來奈米時代到來時，如何填補這十年間的空缺？

• 6.我們眼前的這片是八吋晶圓，那像其他的四吋、六吋、十二吋的晶圓，他們技術上有什麼樣的不同？

• 7.那一個上面佈滿IC的晶圓製造出來，在過程間需要哪些方面的人才呢？

• 8.既然製作大晶圓有技術上的困難，為什麼又要越做越大呢？

• 9.現在電晶體的線條寬體不斷縮小，從0.25微米、0.18微米到0.13微米，未來甚至會進入奈米的程度。請問把線條寬度越做越小的困難在何處?

• 10.那台灣為什麼要開放這些高科技的產業到大陸去呢？

1.請問“電子資訊”產業究竟包含些什麼？

 以交大電資學院為例，它包括了電子工程系、電信工程系、電機控制工程系、資訊工程系、資訊科學系，還有光電研究所。正好對應現今的IC設計產業、半導體業、通訊產業、資訊產業，還有光電產業，這也幾乎代表了我們現在常說的Information Technology資訊技術產業的範圍。（註：目前電信系及電控系己合併為電機系）

在這所有的產業中，半導體產業可說扮演著相當重要的角色。半導體IC是最關鍵的零組件，它的發展會影響到其他產業的發展。未來的發展趨勢，半導體CMOS的線條寬度仍會繼續縮小，但有報告指出在2020年時將會到達極限，差不多是16奈米，之後則會進入現在熱門的奈米科技。IC會做得越來越小，但功能卻越來越複雜，如此的發展會帶動其他的產業。比如說通訊產業，手機裡的晶片越做越好，功能越來越多；它還會帶動資訊產業，電腦的速度會不斷加快，應用也不斷增加，將來甚至可以把電腦穿在身上，家中的牆壁、天花板中都會有電腦的存在；還有網際網路的發展，半導體IC會促使相關軟、硬體的進步，資訊家電和家庭娛樂中心都和網際網路息息相關。因此未來電子資訊的發展趨勢可分成兩部分：一是半導體IC的發展，另一是網際網路的發展。

2.奈米科技將會影響未來電子資訊產業的發展，但什麼是“奈米科技”呢？

 從比較嚴格的角度來定義，奈米科技是指研究大小約在10奈米至0.1奈米的東西的一門學問。Intel發表他們已經做出來線寬16奈米的半導體電晶體，這或許就是半導體的極限了，因此有人就想要利用量子點或其他很小的東西做成元件，這類在10奈米至0.1奈米的元件，以及他相關的製程和積體化技術，我們統稱它為奈米技術。

奈米元件與一般的元件有什麼不同呢？最主要就是奈米元件非常小，有人想要用一個分子，甚至一個電子來做。但若是把元件做得這麼小，只由幾個原子組成，那它的特性會變得很不一樣，現在的許多理論都必須重新修改，很多原子的表面特性都會顯現出來。比如說奈米碳管，它形狀像一個水管，但直徑可能只有一個奈米，因此有東西在裡面流動時，它適用的理論和現在的流體力學就完全不一樣。因為奈米元件非常小，所以當半導體元件無法再縮小時，就必須用奈米科技來取代，進而跨入奈米電子的時代，這也就是奈米科技的重要性所在。

3.現在也有許多人在說“量子元件”，它有什麼不同嗎？

 當元件做得很小，只有幾個原子的時候，它的行為就會有非常明顯的量子力學特性。舉例來說，若我們量一條導線的電流－電壓特性，它會是線性的關係。但若我們把導線拉得很細，再去量它的電流－電壓特性時，就會發現它不再是線性的關係，而是像階梯狀一樣，有明顯的量子力學的特性，原子和電子本身軌道的特性都會顯現出來，這就是所謂的量子效應。量子效應的出現會改寫現有許多的半導體、流體力學、熱力學…等理論。

其實量子元件和奈米元件是差不多的，只不過一個是描述它的特性，另一個是著眼於它的大小。

4.製作奈米元件似乎會遇到許多的難題，但為什麼人們還是持續想要把元件越做越小呢？

 以我手邊這個八吋晶圓為例，它上面的每個小方塊就是一個高價值的IC，因為一個晶圓的製作成本是固定的，假如上面的方塊能越做越小，就代表同樣大小的晶圓上能夠做出更多的IC。而且把方塊縮得越小，也可增加生產的良率。比如說若這個晶圓上只能做出五個IC，如果有兩個做壞了，那麼良率就只剩下五分之三；若把元件縮的很小，同樣的晶圓上有八百多個IC，即使上面有兩個做壞了，良率仍然超過百分之九十九。而且現在IC晶片中的功能越做越複雜，也許需要一億個電晶體才能達成，電晶體不斷縮小讓這樣的晶片得以製作出來，而且面積沒有增大。

因為元件縮小到一定程度後，便會遭遇許多和過去完全不同的量子效應，因此大家才會走向研究奈米科技。奈米科技也許在2020年之後取代半導體成為新興的產業，不過學術界現在就已積極投入奈米科技的研究，因為學校的研究應當領先產業界十年、二十年左右。

像現在常聽到的量子井、量子點、量子線、single electron transistor、碳六十做成的奈米碳管，都是屬於奈米元件的一種。它們之中最後誰能夠獨領風騷，取代半導體元件，還沒有人敢確定，不過可以相信的是，誰擁有這種技術，將會擁有將來相當重要的科技關鍵。

將奈米的技術應用在生物科技上，他們可能不會說是量子元件，而是指DNA。因為DNA和酵素分子的大小都在奈米的範圍內。所以奈米科技的範圍非常廣，只要是研究這麼小的東西，就可以稱做奈米科技。

5.院長您提到學術界和工業界的研究中間約有十多年的差距，那工業界的這些廠商們在未來奈米時代到來時，如何填補這十年間的空缺？

 因為產業就的主要目標是賺錢，因此他們所著眼的技術頂多是未來5、6年而已。也許規模大的企業可以做更先進的研究，因為他們可以花一些錢而不求馬上回收，但台灣的企業多屬於中小型，他們能夠往前做的研發只有5、6年。而學術界則必須替產業界做更前瞻的研究，將來技術移轉給產業界，以彌補我們資源不足的缺點。

產業界與學術界合作是未來必然的趨勢，像交大靠近園區，與園區公司合作蠻密切的。合作的方式有很多種，像我們有許多教授擔任公司顧問，或是公司提供經費給我們進行研究計畫，我們也開培訓班替產業界培養人才，還有一項最直接的方式，就是交大畢業的學生直接到公司裡任職。像現在股王聯發科技所創造出一百個身價上億的科技新貴，就有三分之一是來自交大，另外四分之一來自台大。

其實台灣學校中的人才資源非常充足，產業界可以好好利用這個優勢與學界合作，不用樣樣都自己來。

6.我們眼前的這片是八吋晶圓，那像其他的四吋、六吋、十二吋的晶圓，他們技術上有什麼樣的不同？

 第一個不同就是製作時掌握晶圓的技術。像pizza這麼大的wafer都是自動化控制在處理，不能把它給弄破就是一門學問。另外最困難的是要如何做得均勻，在一個大wafer上的每個IC都要做得一樣，因此製程的均勻相當重要。

7.那一個上面佈滿IC的晶圓製造出來，在過程間需要哪些方面的人才呢？

 IC的製作其實就是電子系畢業生的工作。這其中又可分成兩部分，電子系一部分的人負責製程，研究怎麼製造wafer，怎麼製造IC。電子系另一部分的人則負責設計IC。而電信系的人則是把這些IC拿去組成一個通訊系統，而電控系的人則是利用這些IC做自動化的控制、機器人的控制。資訊系的人則是寫軟體來驅動這些硬體。而像LCD、LED這些和光電相關的東西，也都需要用到IC。

8.既然製作大晶圓有技術上的困難，為什麼又要越做越大呢？

 因為如果同樣一個晶片，在八吋晶圓上一次可做800個，那它在十二吋晶圓上就可做差不多800乘以2.25這麼多個，因為十二吋晶圓的面積是八吋晶圓的2.25倍，這樣可以大幅降低成本。而且現在都是把線條寬度較小的製程技術用在較大的晶圓上，如此一來晶片的面積更加縮小，晶圓上能夠放入更多的IC。

9.現在電晶體的線條寬體不斷縮小，從0.25微米、0.18微米到0.13微米，未來甚至會進入奈米的程度。請問把線條寬度越做越小的困難在何處?

 做半導體IC的方法和沖洗照片很像，基本上需要透過光罩，然後經過顯影、定影等多項手續。若要把線條做得很細，它照射的光源波長就必須很短，不然就會有干涉、繞射等現象，因此就要用紫外光，或是波長更短的x光來照射，這其中就包含了許多學問。而且晶圓製造良率的要求非常高，需要到百分之八、九十，因此困難度相當高。不過困難度高也是件好事，因為像做衣服、做鞋子不需要什們技術，人人都可以做，因此很多人失業了。若一個行業非常困難，它就必須要菁英份子來做才行，因此唸這方面的學生以後就有福了。

10.那台灣為什麼要開放這些高科技的產業到大陸去呢？

 那是因為大陸在人力上相對比較便宜。像晶圓代工這種比較屬於勞力密集的高科技產業，便有需要移轉到人力較便宜的地區去，但政府仍然對其有一定的限制，一些high-end的技術，比如說十二吋晶圓還是會留在台灣。台灣一些目前不太合適的產業是可以用合作的方式移轉到大陸去，這種關係就好比過去日本和台灣一樣，基於商業上的利益，日本希望台灣幫他們賺錢，但基於技術上的考量，它又不願把關鍵的技術給你。若從純粹商業的角度來看，台灣與大陸是一種既競爭又合作的關係。目前大陸最大的劣勢是高科技人才的不足，而且他們的生活步調較慢，似乎還未有高科技分秒必爭的sense。而且晶圓代工終歸還是屬於製造，台灣未來的發展應該是IC設計。目前台灣的IC設計是世界第二，第一是美國，像交大張俊彥校長推動的”矽島計畫”，就是以IC設計為主。IC設計靠的是智慧，附加價值高，是未來台灣很有潛力的一個產業。