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突破22奈米極限, 為半導體製程開新路

新台灣之光〉清大博士闕郁倫 與國際團隊
文 / 呂愛麗    
2011-02-11
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突破22奈米極限, 為半導體製程開新路
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土博士也能出頭天!台灣清華大學材料系助理教授闕郁倫參與國際研究團隊,將一項突破性的創新想法成功實現,打破國內重要產業半導體製程勢必面對的瓶頸,找到全新出路。

這項研究還登上國際頂尖期刊《自然》(Nature),顯示國際科學界對這項研究的重視,也讓台灣的研究實力躍上國際舞台。

參與這項研究的國內學者是現年33歲的助理教授闕郁倫,他是清大材料系創系20多年,首位被聘用的本系博士,足見他在學術研究之出色。

與名校合作 突迫奈米極限

這次登上《自然》的研究集合美國加州大學柏克萊分校、新墨西哥大學和清大以闕郁倫為首的團隊。這是闕郁倫在清大完成博士學位,於2007年到美國加州大學柏克萊分校進行博士後研究,所結下的機緣。

闕郁倫表示,台積電之前宣布40奈米製程已正式量產,正積極朝向32奈米量產開發,甚至進入22奈米技術開發。但是,半導體製程技術已面臨製程微縮極限。若要超越22奈米的技術,現階段的材料和技術已經不敷使用。

為突破瓶頸,闕郁倫等人首先想到將多數應用在通訊產品的化合物半導體,與3C產品的矽基半導體結合。但這是很大的挑戰。

闕郁倫回憶,一名來自韓國的博士後研究生,竟然在上廁所的時候,想到以圖章轉印的方法,將各種化合物半導體材料轉移到矽基基板上。因而成為突破關鍵。

而闕郁倫也是研究取得成果的關鍵人物之一,因為他是團隊中唯一具有奈米結構及界面性質分析的專才。材料被整合後,須藉助闕郁倫對這項材料的結構進行分析,確認達到所要的效果,才算大功告成。

這項研究所採用的技術方法便宜省事。闕郁倫表示,未來各種3C產品若利用他們所研發的高效能光電半導體當材料,不但運算速度提高,儲存容量明顯提升,製程更簡單,成本也會大幅降低。

闕郁倫口中的恩師,也是清大材料系教授周立人對這位學生的研究成果大加讚賞,「他的這項研究提供了突破性的想法!」

原本打算在美國多待幾年的闕郁倫,研究還未完成,接到母親嚴重中風的消息,立即動身回台。 由於與美國的團隊已經建立了很好的默契,闕郁倫回到清大執教後,該計畫主持人、柏克萊電子工程與電腦科學系副教授阿里.札維(Ali Javey)依然請闕郁倫協助他。札維曾於2009年獲美國麻省理工學院(MIT)《技術評論》(Technology Review)雜誌評選為「青年創新家」。

瞭解材料結構 才能做好元件

在清大執教一年多,闕郁倫每隔兩三週即抽空回宜蘭探視母親,問及母親的現況,他臉露憂慮,欲言又止;可是一旦將話題轉到奈米材料,又立即侃侃而談,一連串的專業術語,好像每天所呼吸的空氣就是奈米材料。

他透露,原本從事奈米材料微結構分析研究因覺得學得不夠多、不夠寬廣,因此到了美國,選擇跟隨札維,投入比較不熟悉的奈米元件研究。「這兩者是息息相關的,如果不瞭解材料結構,無法做出良好的元件產品,」而結合這兩項專業知識,正好成為闕郁倫這次登上《自然》期刊的條件。

不過,闕郁倫並不是很早就立志走材料研究這條路。形容自己是後知後覺型,自小在宜蘭長大的闕郁倫,一直到進入研究所才立定要走學術研究的志向。

他讀中山大學物理系時,因為修了材料學程,對材料深感興趣,於是大部分同學轉進電機或光電研究所,反而進入清大材料所。

當同學紛紛討論出國留學的計畫,促使闕郁倫「開始好好思考自己的人生。」他原本也想出國攻讀博士,後來受到周立人的鼓勵,決定留在國內。

「證明國內培養的土博士一樣可以在國際上有不錯的表現,」周立人驕傲地說。

抄襲風波後 5年50篇論文

看似一帆風順的闕郁倫其實也曾經經歷過人生的最低潮。事情發生於2004年,當時協助指導教授進行研究的闕郁倫一心想要趕快完成手上的工作,卻沒料到犯了抄襲的錯,事情還在媒體曝光。

那是一篇介紹「穿透式電子顯微鏡於奈米科技上的應用及發展」,刊登於國科會精密儀器發展中心出版的《科儀新知》。內容被指有一頁半的文字與兩年前的一篇文章幾乎相同。事情曝光後,周立人出面道歉,並將 1萬2000多元稿費全數退還給精儀中心。

「那一年,是我人生最黑暗的一年。」說起這段往事,闕郁倫語氣坦然,但是,仍可感覺到他對指導老師深深的愧疚。他感謝老師沒有將他掃地出門,「雖被罵得狗血淋頭,但錯了就要承擔。」

之後,闕郁倫下定決心要做好研究。在這股力量推動下,短短五年博士生涯,一共發表了50篇文章,其中十篇是第一作者,更不乏登上國際一流期刊,譬如在奈米領域首屈一指的《Nano Letters》。

周立人對闕郁倫在博士班的表現印象深刻。例如闕郁倫多次發現材料異常結構,不因為看不懂就放棄,反而不斷翻閱文獻,追根究柢,讓他找到新的研究方向,「因為他的緣故,我們的實驗室轉而朝向奈米科技。」那時正好搭上剛崛起的奈米熱潮,使得清大在奈米材料領域的研究領先。

闕郁倫的表現,證明土博士一樣可以登上國際舞台。又一位台灣之光在校園中誕生。

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