半導體突破奈米朝更微小埃米邁進 成大材料系成果受全球矚目

目前半導體製程主要是奈米等級，但產業界持續朝向更微小的「埃米（奈米的 10 分之 1）」推進，國立成功大學材料科學及工程學系助理教授徐邦昱團隊利用自行組裝的設備，發揮車庫創業精神，讓細小的半導體分子能自動整齊排列在奈米溝槽內，可操作精度達到埃米等級，打開半導體製程的埃米紀元，這項成果已發表在國際期刊，受到國際矚目。

研究成果發表在國際高分子領域的一流期刊 Macromolecules，文章刊出 3 個月，已有超過 1400 的閱讀數，相當不容易。論文連結 https://doi.org/10.1021/acs.macromol.3c02188

徐邦昱表示，除了成果受到矚目外，團隊最自豪的是學生們靠著自行組裝的便宜設備，研發最先進的技術。半導體產業是台灣的護國神山，擁有領先全球的技術，業者長期投入巨額資金研發，廠內設備動輒上億元，而成大是培養產業人才的搖籃，雖然設備比不上大廠，但仍有責任帶領學生投身其中，這項成果也證明了創意與金錢並非等號，只要有心、有學以致用的專業能力與自我要求，就能做到。

徐邦昱表示，目前半導體製程主要是在微小的基板上，依靠相近的原子晶格，透過高真空磊晶設備控制長出晶體，再蝕刻提昇精準度，要讓細小的分子乖乖聽話，長在該長的地方，很不容易，因此才需要價格昂貴的設備，營造潔淨單純的反應環境。目前已達到小於 3 奈米（10 億分之 1 公尺）的線寬精度，但持續推向埃米（10 埃米等於 1 奈米）精進，是產業的必然，目前大家都在努力中。

礙於經費不足，在實驗室裡大多使用分子作用複雜、難以精密控制的液相反應，合成半導體奈米結構與薄膜，成膜潔淨度遠低於磊晶技術，研究的高度被迫屈就材料品質，常有扼腕遺珠之憾。期待與業者合作，挹注經費以獲得高品質的研究成果。

徐邦昱指出，分子間的作用普遍被認為是無序、隨機與不可操控的，目前的技術雖然可藉由儀器統計大量分子的隨機行為，但仍無法在複雜液相與快速氣相環境中、也就是常規製程條件下，以埃米的精度操控小分子。

這項研究成果廣受國際注目的原因在於打通了埃米級操作分子的多項技術瓶頸，成功地大面積量化操作液相分子有序化磊晶。團隊利用分子間的埃米級電性，將不受控的二維聚集與三維線團、轉換成可受控的準三維自由度，趨動分子整齊排列在奈米溝槽中，面積可達到數百微米（1 微米為 1000 奈米），這種有序的排列，以 1.25 埃米的精度控制，在大面積上達到極高的分子與形貌可控性，並透過操作動態自由度這項新穎的參數與分子堆疊模型，定量化控制複雜的分子間交互作用行為，攻克了過往認為不可操作的分子運動，成功將材料的操作精度推進至埃米尺度。

團隊其他成員都是材料系的碩士生，包括楊永平、何承泰、黃宇瀚及許子承。徐邦昱表示，在研發的過程中需要用到許多先進儀器，但動輒上千萬元，在工學院與材料系的支持下，學生們以較少的經費、自行動手組裝設備。

整個實驗室裡都是自行組裝的設備，像是結合極低溫、微拉曼散射與可見光吸收 3 個系統的設備，市面上根本找不到，即使有機會買到也要上千萬元，但團隊花了 200 萬元就組裝出來，而先進製程需要用到的無光罩雷射微影系統，市售價格達到 600 到 1000 萬元，團隊則是花了 20 多萬元就組裝出。

徐邦昱表示，從設備組裝做起，耗時又費力，短期內看不到成果，一般人不會這麼做，但學生卻能因此受惠，不僅驗證基礎物理學，更增加學以致用的珍貴實作能力。