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28 筆結果
本技術利用6埠技術達成相位陣列或成像功能。其成像因本技術的相位感測能力而擁有極佳的解析度
未來科技館 | 材料化工與奈米「雷射光譜暨影像技術」目前廣泛應用於物理、化學、光電、材料、生物和醫學等領域的科學研究和產業應用。此技術通過光學顯微鏡的物鏡將雷射聚焦在待測樣品上,然後再透過同一組物鏡收集樣品在光激發下產生的顯微螢光或拉曼光譜訊號。傳統上商用光學顯微鏡會使用近紫外光(NUV:400-450nm)或可見光(>450nm)雷射作為激發光源,然而針對諸多寬能隙 (Eg > 3.0eV) 的半導體材料(例如AlxGa1-xN、AlxIn1-xN、Ga2O3、ZnO、BN等第三代半導體材料),使用 高於材料能隙的深紫外光(DUV)雷射光源會更妥適。基於上述需求,於焉我們開 發了一套基於深紫外光雷射光源的「266nm雷射光譜暨影像技術服務平台」。本項雷射光譜量測技術具備了「遠端、非接觸、非破壞、即時」量取待測樣品的光電物理特性訊息的科研工具。這次我們實驗室提出申請的「266nm雷射光譜暨影像技術服務平台」正是嘗試解決深紫外光波段雷射光譜暨影像量測的關鍵技術瓶頸,達成在光學顯微鏡架構下,能遠端即時量測具次微米空間解析度、毫電子伏特能量解析度、及皮秒時間解析度的樣品螢光和拉曼光譜暨影像。由於本光學系統經過共軛焦設計優化,且利用光纖進行訊號收集並傳輸至光譜儀和光偵測器。這樣的光路設計允許對樣品三維結構進行深度解析的雷射光譜量測。此外我們進一步導入266nm脈衝雷射光源,使得本技術提升至可提供皮秒時間解析的螢光生命週期顯微影像 (FLIM),因此可用於半導體、光電材料、生物樣品的動態反應過程研究。本系統除了完美地補齊了學術界或產業界針對寬能隙半導體材料的雷射光譜量測需求外,我們也想表達使用266nm紫外光雷射光譜技術還具有其他的科研上的優勢。例如在生物或化學領域,「266nm雷射光譜暨影像技術」可以用來偵測生化分子結構的拉曼光譜訊息,同時避免了被雷射激發的長波長螢光訊號的干擾。我們相信這技術有機會針對傳統的生醫或製藥產業,提供高效能且具鑑別度的生化分子偵測技術。這次我們建置完成「266nm雷射光譜暨影像技術服務平台」,除了光學系統皆由實驗室自行設計、採購、與組裝完成,且已將各項可提供服務的266nm光譜技術規格公告於「光電技服」官網,除提供產官學界申請「技術服務」外,我們更期待有機會透過「產學合作」或「技術授權」技轉產業界,落地應用於半導體產業的研究發展或產線檢測。
未來科技館 | 電子與光電系統由幾個部分整合而成。其中電子式發射機/接收機晶片由毫米波CMOS主動和被動電路等組成。光電整合發射機由雙頻光源、單載子傳輸光電二極體和CMOS電路異質整合。天線利用多夾層結構來建立陣列。各部分藉助系統封裝來整合。
未來科技館 | 材料化工與奈米/電子與光電團隊提出降低垂直雙離子植入金氧半場效應電晶體的特徵導通電阻技術,包括通道區域製程優化、通道與源極自動對準、下沈式源極接觸等,成功降低VDMOSFET的特徵導通電阻,提高巴利加品質因數(BFOM),優於現有同類型產品及已發表的文獻,並有持續縮小單元間距的優勢。
未來科技館 | 電子與光電/綠能與環境隨著手機、電腦和其他電子產品變得越來越小,內置的光學元件卻很難縮小,因為用傳統的玻璃切割或塑料成型技術很難製造出高規格的微型鏡片,而且傳統鏡片通常需要堆疊多片才能正確聚焦光線。超穎透鏡是用半導體技術在厚度不到頭髮直徑五十分之一的介電質薄層中蝕刻出數百萬甚至數千萬個奈米柱陣列組成,這些奈米柱可以任意控制光波的振幅、相位、吸收反射等物理性質,這是傳統折射透鏡無法實現的,而且由於超穎透鏡非常薄,可以將多個超穎透鏡疊放在一起,不會顯著增加尺寸。除了減小尺寸外,超穎透鏡最終還應降低電子產品內光學元件的成本,因為超穎透鏡可以使用半導體的材料、工藝、與設備製造,允許光學和電子元件的集成於同的感測晶片上。然而,目前超穎透鏡製作的費用仍然很高,因為很難將數千萬個奈米級的元件精確地製造在厘米等級的IC晶片上,因此限制其普及與應用。本技術使用半導體CMOS製程的材料與設備,透過低成本的光學微影與解析度益技術實現大量製造大面積近紅外與可見光的超穎透鏡,因可精準地控制奈米柱的高度與尺寸,本技術展示的超穎透鏡有接近繞射極限的高轉換效率,未來可設計集成超穎透鏡於CMOS圖像與距離感測器。現今半導體製程經常使用的低成本的光學微影技術,雖然經濟實惠,但是解析度不足以製造超穎透鏡所需的奈米結構,因此需要解析度增益技術,稱作光學鄰近修正技術(Optical Proximity Correction, OPC)推升解析度,並精準地控制奈米結構的尺寸,OPC是一種光罩修正技術,當目標圖形尺寸接近曝光極限時,需要用OPC優化目標圖形的光罩大小以提升光阻成像品質。然而傳統的OPC計算需要龐大的計算時間進行光學模擬疊代,沒辦法有效率的修正大面積超穎透鏡所需超過數千萬組奈米結構。 本技術團隊提出結合深度學習微影模型及分布式光罩修正流程,整合出智能光學微影技術,又稱作智能鄰近修正(Intelligent Proximity Correction, IPC),並藉由IPC技術成功在8吋玻璃基板製造出332顆大面積,直徑8毫米,每顆包含超過7000萬組奈米結構的高效率近紅外超穎透鏡。大面積NIR經實際量測聚焦效率能達到64%,極為接近理論計算值的69%,是國際技術文獻中以低成本光學微影技術實現的最高效率。團隊同時也完成可見光超穎透鏡與電腦生成全像片超穎表面的製作,有助集成CMOS感測器的光學和電子元件。
未來科技館 | 電子與光電/資訊與通訊/機械與系統本技術分為三個部分:以聚焦離子束將樣品製作成針狀、以球像差修正電子顯微 鏡收集樣品各個角度的原子級投影影像、以及以傅立葉轉換進行迭代將三維斷層 重組最佳化,如此可在鰭式場效電晶體樣品中得到三維原子結構並達1.8埃解析 度。 首先,為了使電子束可以穿透,並進行全角度投影收集,我們將試片製作成直徑 小於50奈米之針狀樣品。此類型樣品必須使用聚焦離子束顯微鏡製備,同時必須 設計此類型樣品專用之針狀樣品專用載台。進行製備時先將待測樣品定位,並使 用高電壓離子束電流粗削至直徑約5微米之針狀,並轉移至針狀樣品專用載台之尖 端上,再開始細修,此時會將離子束電流降至約300 pA,並以環型遮罩從樣品正 上方進行切削,此步驟須將樣品削至直徑約200奈米,並盡量確保樣品保持在正 中心,將外圍受到離子束轟擊造成損傷之部分去除。最後離子束之電壓降至5 k V,電流降至100 pA以下,使離子束對樣品造成的損傷降及表面之粗糙度降至最 低,並持續以環型遮罩進行修邊,達到直徑50奈米以下之針狀。 接著,使用具有球像差修正器之掃描穿透式電子顯微鏡(STEM)搭配環形暗場偵測 器(ADF)的收集針狀樣品在全角度的原子級投影。STEM-ADF影像為暗場影像, 亦稱為原子序對比(Z-contrast)影像,其強度與原子序大小、樣品厚度呈正相 關,亦不具有改變焦距會產生對比反轉的問題,同時STEM影像在高原子序元素 上品質較佳(散射強度較強),相異元素的原子序如果非差異過小仍可判別。因此 如矽鍺薄膜介面、高介電常數薄膜、鐵電層、金屬層都可有相當可分辨的潛力。 最後,使用最佳化斷層重建技術獲得三維影像。由於實驗資料在極坐標格點上, 而重建是在直角坐標格點上,使用所有實驗資料點在倒空間中進行全域插值,再 做反傅立葉轉換以獲得三維重建,將可獲得更高解析度的影像。由於投影數目有 限,在倒空間中有部分資料點的插值會有相當的誤差,利用重組影像必為單一獨 立物品為條件進行修飾,再回到倒空間將較大誤差之資料點進行修正,重複迭代 獲得最後結果。 當得到電晶體的三維原子結構,即可將原子位置提取出來,可再進一步分析樣品 內部結構資訊,例如鐵電層或高介電常數層的結構緻密度與結晶類型、電晶體多 層薄膜介面之粗糙度、三維元素分布、以及利用原子位移量來計算應力分布,為 先進元件與相關製程提供更全面的檢測方式。
未來科技館 | 電子與光電「心包膜/主動脈自動分割AI模型(HeaortaNet)」,是整合影像分割、心血管疾病指標分析和串接心血管風險預測模型的一站式分析工具。HeaortaNet AI 模型是基於 Unet及注意力機制的深度學習模型,以兩百筆大於七萬張去識別無顯影劑胸部電腦斷層影像,經心臟/放射科醫師檢覈心包膜及升降主動脈輪廓標註準確,將臨床需60分鐘的影像分割程序縮短至0.4秒,分割心包膜準確度94.8%,升/降主動脈91.6%。
未來科技館 | 生技與醫療/機械與系統電化學蝕刻(Electrochemical Etching)與相關陽極氧化的製程是重要的半導體材料技術,也是現今奈米科技中製作奈米結構的一種關鍵技術。實施電化學蝕刻反應關鍵物種是電洞(h+),固態表面鍵結原子的化學鍵可由電洞注入而弱化之使組成原子群被解離成離子狀態,易於受電解液所侵蝕而溶入電解液中,進而使表面形成具有量子物理特性的奈米結構。因此適用這種材料技術的半導體材料多為P型電性的材料。以矽晶為例,當接負極作陰極的白金電極與接正極作陽極之矽晶材料一同置入氫氟酸(HF)電解液中施予電場時,大量電洞流至矽晶表面晶格內使液/固面產生氧化還原反應-在矽晶表面的懸掛鍵也因輸入電洞產生排斥作用而驅走原本附著其上的氫離子。氫離子一離開,周圍帶負電性的氟離子立即接手補上與呈現正電性的懸掛鍵相結合。此時表面矽原子與矽基板原子間鍵結的電子除了受到在晶格中的持續輸入電洞的弱化,也同時吸附氟離子強大陰電性的吸引力干擾,因此Si(表面)-Si(基板)間的鍵結力大幅弱化而斷裂,周圍的氟離子趁機滲透吸附在斷鍵上,如此重覆動作直到這矽表面原子四個價鍵都被四個氟離子包圍結合形成SiF4(s),兩份氫氟分子緊接被吸引進來與這SiF4原子團簇結合,於是脫離基板表面溶在水中,讓表面形成孔洞狀態。另一方面,N型矽的主要載子是電子,飄移速率為電洞三倍,因此經陽極氧化後產生量子侷限的奈米結構後非常適合製作矽光子元件,而且N型多孔矽獨特奈米尺度孔洞輪廓亦是P型矽晶難以製作。但由於N型矽基板缺乏陽極氧化的要素-電洞,這成為製作多孔層的最大障礙。現有的方法是在進行蝕刻時,於矽基板表面或背面施以鹵素燈強光照射以產生電洞來協助蝕刻。但這種經由投射光激發出的電洞密度易受到光源度、距離、介質、波長等影響而有變數,遠不及在暗室中進行陽極氧化來得穩定。 本技術係以疏水性晶圓鍵合技術,將P型矽作為中介電極貼合在N型矽背面,形成 可拆卸式的PN接面後再接上電極,成為N型Si/P型Si/電極三明治結構。P型矽與 N型矽接合形成PN接面,這接面能轉換在N型矽中電洞的角色由「次要載流子流」成「主控電流」,因而大幅提高基板表面陽極氧化效率。在電化學蝕刻製程 完成後,作中介電極的P型矽能輕易和N型矽分開,使處理後的N型矽保持純淨而 無污染之虞。本技術由在N型矽晶材料的應用,成功擴大應用至N型碳化矽料。預期可推廣應用至其他N型半導體材料。
未來科技館 | 電子與光電本技術為國內首度發表「有限譜寬規格單模半導體雷射為光源建構並採相位鍵移 協定之雷射二極體通訊量子密鑰分發收發機」,本技術為國內第一套在分波多工 式光通訊網路波段全自製,以一般商用窄線寬規格半導體雷射單光子量子源,配 合差分相位鍵移技術與高精度穩定自迴授延遲光纖干涉儀,即能實現在技術層次 上具有難度的光量子密鑰分發系統。是國內光電與量子領域在工程應用層面的重 大技術突破。本技術關鍵在開發具一般窄線寬之低成本高同調性半導體雷射單光 子量子光源,配合自行研製高精度超穩定自迴授光纖式相位延遲干涉儀,此二者 是在現有商用光纖通信網路系統架構中,能夠使量子密鑰傳輸誤碼率降至接近理 論極限的重要根基。再配合設計研製與CMOS製程完全相容的矽鍺積體電路製程 技術,實現在光纖通訊用波段具備低暗電流雜訊與高轉換增益接收性能單光子偵 測器;設計並製作用於量子密鑰分發通訊系統之矽基晶片型量子積體光子線路系 統級晶片,並針對量子通訊系統中收發埠光纖與矽光子量子收發晶片介面,開發 設計超穎表面積體光學元件選擇或控制光子極化應用於量子光源接近無損輸出 入;最終完成開發量子密鑰分發從物理層級到網路層級的通訊協定模擬器與演算 法,並建構實體網路系統設備介面交互程式控制完成全程式化密鑰收發比對與解 碼,實現25~100公里量子密鑰分發和光量子通訊網路系統鏈結當前可用的四通 道 10Gbit/s/Ch的分波多工(WDM)被動光纖網路(PON)。
未來科技館 | 電子與光電利用深度學習研發出半導體製程EDA工具,可以早期預測光刻製程所產生的電路失真及光罩修正,可應用於IC 製程之佈局圖評估、IC 瑕疵、熱區預測,及光罩優化等。
未來科技館 | 材料化工與奈米在銅導線上全程400 ℃低溫方式製作高品質石墨烯,此石墨烯/銅複合導線擁有優於純銅之導電度,是實現高密度晶片之關鍵技術。
未來科技館 | 材料化工與奈米矽光子技術為目前光電及前瞻半導體領域重要之技術,利用成熟的CMOS技術可 製作超具有低成本、強大性能、且多功能性之光電整合晶片,具有廣大的應用如 通訊、生醫感測、量子計算等。然而目前矽光子技術發展最大的瓶頸為缺乏有效 的雷射光源,這是由於IV族材料先天上的間接能隙性質所導致,這也箝制了目前 矽光子晶片的進一步發展及應用。因此如何突破物理極限,進一步開發出矽光子 雷射光源以突破目前矽光子技術困境至關重要。 本技術為CMOS相容之單晶整合(monolithically-integrated)之IV-IV族矽光子雷 射,使用新穎的IV-IV族GeSn材料系統,在Ge中添加足夠的Sn之後可使GeSn變 成直接能隙材料。我們採用低溫材料成長技術搭配Ge緩衝層技術,成功突破物理 極限在矽基板上成長出高Sn含量的直接能隙GeSn材料,並進一步整合波導共振 腔開發成雷射,最終我們達成光激發下的雷射輸出,與其他團隊相比,本技術的 雷射閥值除了名列前茅之外,雷射閥值也與III-V族雷射相當的雷射。基於本技術I V-IV族材料能與CMOS技術無縫相容之特性,本技術將能作為創新矽光子晶片之 重要光源,開創出更強大的矽光子晶片並拓展到各種前瞻新興應用。
未來科技館 | 電子與光電隨著半導體科技進步,新穎半導體材料與元件結構持續推陳出新,用以超越摩爾 定律之限制。藉由垂直式電路整合的方式發展三維積體電路是半導體科技進入到 埃米(Angstrom)世代的關鍵技術。單晶片三維積體電路(Monolithic 3D ICs, M3 D-ICs)技術是採用後段製程(BEOL)製作多層元件與電路層,並將其直接堆疊於前 段製程(FEOL)之電晶體元件層上方,因此M3D-ICs 技術具有更細短的垂直引洞連 接導線,可使電路佈局更加靈活、功率耗損更低。有鑑於此,本技術即在發展前 瞻異質半導體元件整合之單晶片三維堆疊超高密度邏輯閘積體電路技術。整體發 展架構可分為異質半導體組成的高效能電晶體元件技術、各異質元件層整合,以 及多層金屬連線佈局開發,最終以達成世界級紀錄的三維堆疊式超高密度反及閘 電路之實現為目標(~20M NAND-Gate/mm^2)。技術開發內容從新穎半導體體材料、高效能電晶體元件研製、製程技術整合,乃至邏輯閘電路實現等面向皆完整涵蓋。在此三維異質半導體元件整合架構中,將發展兩類型組合的前瞻元件整合技術,分別是先以閘極環繞式(Gate-all-around, GAA)單晶鍺基奈米薄片電晶體與複晶矽薄膜電晶體元件做為第一層高效能電晶體;接續,開發具有低製程熱預算的氧化物半導體,建置高效能閘極環繞式氧化銦基奈米薄片電晶體(GAA InOx-basednanosheet TFT),並將其堆疊於第一層的兩類型半導體元件層上方,做為第二層低功耗電晶體元件層,以有效提高單晶片中電晶體元件的積集度。本技術研發重點在於將第一層與第二層所研製的高效能異質半導體元件成功堆疊整合,並且解決異質半導體元件層間的堆疊佈局設計以及金屬連線技術問題,藉此實現超高密度邏輯閘陣列目標,即在1mm^2晶片面積內形成20 million (M)數量的反及閘(NAND)邏輯電路。由於一個NAND單元包含2顆n-channel FETs及2顆 p-channel FETs,所以一個20M NAND 邏輯閘陣列將含有高達80M顆電晶體,此外還需包含電晶體間之訊號連接線,且須於1 mm^2面積內實現。目前國際半導體大廠或國際知名學研機構尚無以三維堆疊方式實現此極高密度邏輯閘陣列之研發實例與成果,因此,本團隊所發展的異質半導體整合技術極具前瞻性與挑戰性,未來可展現延續摩爾定律的技術潛力。
未來科技館 | 資訊與通訊/機械與系統原子針尖斷層影像儀是一種嶄新的分析技術,能夠解析材料或元件微觀區域的三維原子分佈,並且在空間上達到次奈米等級解析度,在成份上達到接近20 ppm偵測極限,這樣獨特的綜合分析能力使其有別於成份分析受限的穿透式電子顯微鏡與空間解析受限的二次離子質譜,使其成為當代微縮化、異質化、且立體化半導體元件研發所需之關鍵分析技術。
未來科技館 | 材料化工與奈米/電子與光電極紫外光微影(extreme ultraviolet lithography, EUVL)是利用極短波長(如1 3.5 nm)的光源將光罩圖案轉印到晶圓上的製程。目前半導體廠商如TSMC已經 成功使用13.5 nm光源進行光微影,達到了3 nm的量產製程。在高階晶片製造過 程中,由ASML所製造的曝光機必需使用到穩定、耐久的光偵測器來監測EUV的 空間強度分布,以進行後續的光場調整或鏡面上汙染物去除等工作。 目前市場上的EUV光偵測器價格昂貴(超過百萬元台幣)、壽命短且體積龐大。 因此,我們開發了一種平價、元件可快速替換、體積小且易於操作的EUV光偵測 與成像裝置。我們使用螢光奈米鑽石(fluorescent nanodiamond,FND)作為 EUV光閃爍片(scintillators),FND的生產方式是以高能電子束(8 MeV)轟 擊含有氮原子參雜(約100 ppm)的鑽石顆粒,去除晶格中的部分碳原子,形成 空缺。經過真空高溫鍛燒(800 °C)後,這些空缺會與氮原子結合而形成穩定的 氮-空缺中心,能放出橘紅色的螢光。FND是由碳元素所組成,無毒,不含重金 屬,不會對環境造成汙染。此外,FND的結構非常穩定,經由電灑塗佈後能形成 質地均勻的薄膜,在大氣中不會潮解,能夠承受高溫和高能量光子的照射,耐用 性極為出色。 本研究團隊使用同步輻射研究中心(National Synchrotron Radiation Researc h Center)的光源證明FND可以吸收VUV(vacuum ultraviolet)、EUV和X-ra y光(波長範圍1–200 nm或能量範圍6–1400 eV),很有效率地將它們轉換成橘 紅光(波長範圍550–800 nm)。在後端,我們使用透鏡組合來收集螢光,並將 其聚焦到可見光偵測器,例如CCD與CMOS等,與現有的成熟技術作完美的結 合,空間成像解析度目前可達30 μm。 此技術為全球首創,已於2021年同時獲得台灣與美國專利,相關研究發表於Ang ew. Chem. Int. Ed. 56, 14469 (2017) 及ACS Appl. Mater. Interfaces 12, 3847 (2020)。目前原型裝置已開發完成,也在同步輻射研究中心測試成功,歡迎各界 (學界與業界)人士使用。
未來科技館 | 電子與光電高功率元件邊緣因為P-N接面曲率大導致的電場集中效應,通常是優先崩潰的位置,因此需要設計邊緣終端保護結構。本團隊採用多重浮動區接面終端延伸(MFZ JTE)結構,優化濃度、深度、間距等參數,終端保護結構的寬度僅同等級崩潰電壓產品的30%,團隊並提出雙層結構以及碳化矽局部氧化等技術,增進對外部電荷干擾的抵抗能力,極具應用優勢。
未來科技館 | 電子與光電/綠能與環境本計畫團隊針對高速PAM-4傳收機之架構進行創新改良,針對<10dB之通道衰減應用下,可以在2.5pJ/bit的能源效率下,達成112Gb/s PAM-4訊號之傳輸,對於下世代乙太網路及高階異質整合封裝之小晶片I/O介面電路上,提供了更有效率的傳收機架構,並成功展示整體鏈路傳輸的情形。
未來科技館 | 材料化工與奈米/電子與光電一種可相容於鰭式場效電晶體之CMOS邏輯製程的高密度三維通孔電阻式記憶體,透過在佈局中通孔與金屬導線層的不直接觸碰來形成通孔電阻式記憶體,並且透過可堆疊性,形成高密度的電阻式記憶體單元,進而完成高密度記憶體陣列。
未來科技館 | 材料化工與奈米敬請期待!