從珠寶界到科技界的超級斜槓代表:藍寶石(Sapphire)

藍寶石(Al2O3)不只是珍貴珠寶,更是現代電子與光電科技不可或缺的「超級基板」。它憑藉著幾項關鍵特性,成為半導體元件生長的理想「地基」。第一是穩定性,它的熔點高達 2050°C,且化學穩定性極佳,能承受材料在外延生長時所需的高溫,第二是六角晶體結構,能與許多具結晶性的材料匹配,成為理想的材料成長基板,第三是藍寶石的絕緣電性與高透光性,能夠防止非預期的電流效應,並且能允許可見光到紅外光波段的光線通過,成為光電設備的基礎,而這些獨特的物理特性也促成了藍光LED的誕生,革命性地改變了人類的照明技術。

Read more

SiC浪潮來了!高效、高速的能源救星誕生了嗎?

當能源危機與氣候變遷壓力越來越大,人類迫切需要更高效率的能源科技。傳統矽晶片在高溫、高壓下效能降低,於是新一代「寬能隙半導體」登場,特別是矽碳化物 (SiC),它能承受高電壓與高溫,成為電動車、太陽能與資料中心的核心材料。雖然製作困難、成本高,但隨著SiC晶圓量率的提升,2025年全球各大晶圓廠商正開始加速布局 SiC 產線,搶攻高效能電力元件市場。

Read more

二維VS2的雙重靈魂,金屬還是半導體?(下)

當VS2的原子堆疊方式由T相的八面體轉變為H相的三角棱柱,其電子軌域與能帶結構被重新排列,開啟了可調帶隙,成為了電荷傳輸可被控制的半導體,而它的能隙範圍正好落在人眼可見光範圍中,能吸收可見光與傳導電子,因此還能被應用在光電元件中,更重要的是,其室溫鐵磁性讓電子能同時攜帶電荷與自旋,能為增加資訊乘載量、運輸速率及降低耗能。讓我們一起來認識具有半導體靈魂的H-VS2。

Read more

二維VS2的雙重靈魂,金屬還是半導體?(上)

科學界長久以來認為二維單層材料無法在室溫下維持鐵磁性,因為熱擾動會打亂自旋的有序排列,但二維材料受基板支撐、缺陷、自旋軌道耦合等效應影響,能進一步維持有序自旋產生鐵磁性。VS2尤其受人注目,因為它能呈現室溫鐵磁性,增加了實際應用的可行性,不僅如此,它還能因著不同的原子堆疊模式呈現金屬或半導體的特性,因而成為了最火紅的二維材料之一,這一篇文章我們將先介紹具有金屬特性的T-VS2,看它如何在電化學中成為革命性的候選材料!

Read more

【微影製程大解密】(2)——2025年正展開的半導體競賽

在晶片微縮的競賽中,過去六年,EUV(極紫外光)成為突破的利器,它的波長僅13.5奈米,能刻畫出比頭髮直徑小上千倍的電路細節,然而,這項技術並非唾手可得:從動輒數億美元的設備成本,到需要真空與特殊反射鏡的嚴苛條件,再到光罩檢測的繁複手續,每一步都牽動著半導體製程的效能與良率,然而,2025年開始,台積電已經更進一步率先引進High-NA EUV,將推動製程進入2奈米以下的時代,在這場半導體的競賽中,誰有功夫能率先駕馭這道最強光束,就掌握了未來十年的半導體霸主地位。

Read more

【微影製程大解密】(1)——當年台積電如何彎道超車?

在顯微鏡下,半導體晶片宛如一座縮微城市,每條「道路」都比頭髮的千分之一還要細微。工程師是如何在如此微小的尺度上,打造出這些精密的電路網絡呢?答案就在微影製程。這項技術就像奈米雕刻師,不斷突破物理與工程的限制,讓同樣大小的晶片能容納更多的電晶體與功能模組,進而提升運算速度與降低功耗。本文將帶領讀者走進微影製程的世界,探索它的科學原理與演進歷程,並以此視角回顧台積電如何在2004年憑藉創新的浸潤式微影技術,成功超車全球半導體業,躍升為業界的領航者。

Read more

雜質說(2)——雜質如何塑造新世代科技

從晶片運算到再生能源,推動科技進步的關鍵,往往來自材料中那極微小的「雜質」。它們能讓原本幾乎不導電的矽,變成資訊高速公路的核心;也能讓只能吸收紫外光的材料,擴展到涵蓋可見光的能量利用。無論是控制電子與電洞的N型、P型矽,還是經Ti摻雜後具備更寬光響應範圍的BaZrO3,這些雜質一次又一次地改寫材料的性能,成為連接今日科技與未來能源的關鍵橋樑。

Read more

雜質說(1)——從古代鑄劍到現代科技不純之力

最近,總統賴清德以「鑄劍去雜」來比喻民主社會淬鍊的過程,引起了社會上廣泛的討論,從科學角度來看,雜質真的是壞東西嗎?本文從古代百鍊鋼的鑄劍工藝談起,帶領讀者一窺雜質如何精妙地強化材料、改變性質,甚至在現代科技扮演關鍵的角色,讓我們一起揭開雜質背後的物理真相,看它如何在科技世界中「點石成金」。

Read more

什麼是矽光子?(2)——從電子街道到光子高架橋

當矽光子被視為解決資料傳輸瓶頸的「光速捷運」,其實背後仍有不少工程挑戰待克服。本文延續前篇「資訊城市」的比喻,進一步解析矽光子在雷射整合與封裝上的瓶頸,包括材料不相容造成的熱應力與光耦合困難。台積電的 CoWoS 技術雖提供了階段性解方,卻非終點,未來更需朝「共同封裝光學元件」(CPO) 邁進,這是一場從「臨時轉運站」走向「高效交通整合」的革新之路。

Read more

什麼是矽光子?(1)——資訊城市大塞車,矽光子來救援!

當電子傳輸愈來愈像城市裡的塞車,矽光子便成為解決壅塞的「光速捷運」,它以光子取代電子傳遞訊號,不僅更快、更穩定、也更節能,矽光子已成為科技巨頭如 Intel、Google、台積電等爭相投入的研發項目。本文將帶你認識什麼是矽光子以及為何它能突破資料傳輸瓶頸。

Read more

3D列印如何讓機器人「感覺」世界

3D列印早已不只是製作玩具的工具,它正悄悄成為實驗室裡的「創新加速器」。傳統的模具製程難以製作微小又複雜的結構,而3D列印透過「加法式製造」能大幅提高物件的精細度,且大幅簡化流程、節省時間,使創意設計能快速實體化。最新研究更成功用3D列印打造出仿造人類皮膚的觸覺感測器,讓機器人擁有如人手般的觸感與判斷力,加強機器人的平衡能力。顯然,3D列印已經成為革命創新科技的重要推手!

Read more

不具備磁性也能儲存資料:第三類磁性登場

交錯磁體是一種近年被發現與證實的特殊磁性結構。交錯磁性既不同於傳統的鐵磁性,也不同於反鐵磁性,展現出獨特的自旋排列與電子特性。在這種材料中,內部磁矩以特殊交錯方式排列,雖然整體不產生淨磁場,卻能對自旋電子產生明顯的選擇性作用。這使交錯磁性成為自旋電子元件領域的潛力新星,有望兼具鐵磁材料易於控制與反鐵磁材料抗干擾的優點,於去年更是被科學雜誌列為十大科學突破之一。隨著材料工程與測量技術的精進,交錯磁性有望從理論走向應用。若說二十一世紀的前半場是自旋電子學的起點,那交錯磁性極有可能就是下個重要的里程碑。

Read more

從硬解方程到智慧預測:AI打開材料新世界

過去科學家為了找出一種新材料,可能要花上數年時間解無數複雜的方程式,甚至動用超級電腦。現在,AI出現了,它不再「硬解」方程式,而是用學習過的數據幾秒內就能快、狠、準來預測材料性質!AI的介入正在翻轉材料科學的發現方式,從漫長試錯走向智慧預測。

Read more

稀土爭奪戰(4):二維稀土材料

你知道嗎?未來的手機可能充一次電就能用好幾天,電腦也不再發熱卡頓,這些科技進步的夢想,可能將由「二維稀土材料」來實現。稀土元素原本就像是科技產品的「維他命」,微量卻不可或缺;而當它們進入原子層級的二維狀態後,居然還能產生全新的電子行為,像是為電子傳輸安排交通指揮,使電子只能往特定方向移動,讓資料傳輸更快、能耗更低,雖然目前仍多停留在理論預測階段,科學家正在一步步讓這些理論成為現實,成為科技再次更上一層樓的契機!

Read more

稀土爭奪戰(3):稀土的提取與回收

2025年,美國川普總統提出以美國技術協助換取烏克蘭稀土開採權,此舉再次突顯稀土資源的重要戰略價值,但稀土的開發困難,並不是儲量不足,而是提取與分離稀土具有高度技術門檻,本文將介紹從傳統到新型的提取方法,能進一步理解為何美國能以技術作為談判籌碼,然而,稀土的回收仍是目前的一大挑戰,目前被使用在科技產品中的稀土僅有不到5%的回收率,如何循環利用這項資源仍是目前的一大挑戰。

Read more