2023年諾貝爾化學獎，頒授予Moungi G. Bawendi、Louis E. Brus以及Alexei I. Ekimov，表彰他們在1980年代發現和合成量子點（for the discovery and synthesis of quantum dots）。  大概念來說，量子點是人工製造的「原子」（artificial atom）。  20世紀迄今，人類文明發展大幅度的依賴於電磁學，包括它所涵蓋的電荷、磁、自旋、電磁波等諸種現象。對於用於承載、操控這些現象的物質，我們對其瞭解的基礎知識是量子力學以及電磁學。人類對於這些性質的應用，大都是順從自然的安排。譬如矽的帶隙能量（energy gap）為1.12 eV，積體電路的柵極電壓就設為比這數值稍高，用以開關電晶體。又譬如DUV雷射光源的氟化氬（ArF；Argon Fluoride）分子的能階間隙是6.42 eV，所以ArF DUV曝光機對應的波長就是193奈米。換句話說，人類雖然開始掌握關於物質的部分知識，但是對於這些知識的應用，人類過去大致上是聽從自然的安排，至少在那些物質的特性參數是如此的。 如果我們想「設計」物質的基礎特性呢？譬如它的光、電荷、自旋等性質時呢？我們用以建構的基礎單元—也就是類似樂高的積木塊—仍舊是自然的原子及其形成的分子，只不過這次要使用基礎單元數目要多得多，1個量子點可能要使用100~10,000個原分子來建構，這樣製造出來的量子點大小直徑在數奈米至100奈米之間。我們的付出的代價是較複雜的製作程序，以及較為龐大的單元尺寸；收益是可控、可設計的量子點的光、電、自旋等特性。這些特性可以藉由量子點的大小、組成材料、形狀等來調整其內部能階，而能階正是物質的量子特性之一，是以名之。 可以設計出人工原子，自然也可以設計出人工分子、乃至於超晶格（superlattice）等更大尺度的結構。 量子點的製作材料過去以II-IV族、III-V族為主，譬如硫化鉛（PbS）、硒化鉛（SePb）、硫化鎘（CdS）、硒化鎘（CdSe）、碲化鎘（CdTe）、砷化銦（InAs）、磷化銦（InP）等。  但是II-IV族量子點多含重金屬，譬如鎘與鉛，對環境相當不友善，所以顯示器中的量子點目前正轉向III-V族的量子點，譬如磷化銦（InP）、硫化銅銦（CuInS）等。而III-V族量子點如當成生物中的體內（in vivo）當感測器或成像使用，可能有毒性或致癌，因此目前正尋找其他材質如矽、碳等，或者加以表面修飾（surface modification）以製作安全的量子點。  量子點的應用非常廣泛，包括顯示器、單電子電晶體（SET；Single Electron Transistor）、太陽能電池（solar cell）、LED、雷射、單光子光源（single-photon sources）、二次諧波生成（second-harmonics generation）、量子點量子位元（quantum dot qubits）、生醫研究裡的感測器及成像（imaging）等。  量子點顯示器已經商業量產，製造方法與LCD差不多，只不過LCD中用來當背光（backlit）白光LED改為藍光的量子點。製作流程先是在基板上以有機金屬化學氣相沈積法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；MOCVD）製作藍光量子點，於這層之上製造並排的綠光量子點及紅光量子點當彩色濾光片，另外留一處空缺透藍光，形成RGB三原色畫素。  量子點顯示器有深黑色（deep blacks）、最佳視角（optimal viewing angle）、原始色彩（pristine colors），較省電、高色彩飽和度（saturation）、較寬色域（wider color gamut），壽命亦較長。目前市場上的競爭對手是OLED，但是未來解析度再走向8k以後，暫時沒有能涵蓋如此廣泛色域的對手。  量子點的2個前瞻性應用，分別是生物醫療研究與量子計算。  量子點於生物中可以用於成像、標記（label）、運送（delivery）、感測等功能。量子點具有明亮且穩定的螢光，而且可以調整其顏色，還可以附加功能基以鎖定特殊標靶。由於其尺寸僅數奈米，不僅微米級的動物細胞可以輕易解析，連尺度與其相當的蛋白質也可以用量子點來標記研究。  一個有趣的應用領域是用來研究腦細胞及功能，這個研究領域又終將回饋到人工智慧（AI）、類神經晶片（neuromorphic chips）、腦機介面等競爭激烈的尖端科技新領域。  只是如前所述，量子點於體內毒性的問題需要先澄清並克服。  量子點量子位元是被寄予厚望的量子計算技術，因為它不只是半導體相容的技術—它本身就是半導體技術。如果原型開發成功，它可以立即利用目前成熟的半導體生產體系快速投入量產。  目前的量子點量子位元是自旋量子元（spin qubit），即量子點中約束1個電子，而且這個電子的自旋的狀態可以被操控、測量，當成量子位元使用。  量子點量子位元的技術發展面臨的主要挑戰，是量子點量子位元之間不易形成量子糾纏，目前可以相互糾纏的量子點量子位元數一隻手數得完。不容易被環境干擾的量子位元，也意味著不容易與周遭的量子位元形成量子糾纏。這是典型的工程問題—權衡兩難以最佳化。 量子點此次獲得諾貝爾化學獎實至而名歸。它發現人工原子，使得人類擁有更進一步操控微觀世界的能力，它對文明及經濟的貢獻已經開展在照明及顯示器上，而它又可以成為促成其他領域新發現的工具，這些都是典型得獎作品的印記。  

多年來，我參與中華民國管理科學學會「呂鳳章先生紀念獎章評審會議」，評選出的獲獎者都是年輕有為的管理科學研究者。比較遺憾的是，申請者大部分以學術研究及論文成果為被審查標的，很少提出如何將其研究成果轉換成管理科學的成功實務案例。管理科學單純比拚論文發表有意義嗎？以上的問句並無貶抑管理學理論的意思。如同戴明（William Deming；1900～1993）所言：「光靠經驗教導管理層任何事情，如果缺乏理論，對於如何提升品質和競爭地位是沒有幫助的。」然而理論重要，缺乏實際經驗也不行。戴明的管理理論是經由實戰而來。1927年，戴明認識貝爾電話實驗室的Walter Shewhart。Shewhart是統計過程控制概念的創始人，也是相關技術工具控制圖的發明者，這使得戴明開始將統計方法應用於工業生產和管理。我在美國的電話公司工作時，實際的操作都使用到Shewhart有關變異的共通原因和特殊原因的概念。這些實際的操作步驟直接促成戴明的管理理論。戴明認為，這些電話公司的操作步驟不僅適用於製造過程，還適用於企業的領導和管理過程。據此，戴明發展在1940年美國人口普查中首次使用的抽樣技術，並制定迭代比例擬合的演算法—Deming-Stephan algorithm。在第二次世界大戰期間，戴明參與編制美國戰爭標準，並教授統計過程控制技術給參與戰爭生產的工人。1947年，美軍佔領日本，麥克阿瑟（Douglas MacArthur）將軍請戴明協助日本推動人口普查。戴明在日本期間，日本科學家和工程師聯盟（JUSE）邀請他來教授統計控制技術。這個組織曾經研究過Shewhart的技術，認為是日本重建的一個關鍵。戴明培訓數百名工程師、經理和學者，教授統計過程控制和品質概念。戴明向日本的公司老闆們傳達的信息是，提高品質將減少開支，同時增加生產力和市佔。許多日本製造商廣泛應用他的技術，經歷前所未聞的品質和生產力水平。提高品質和降低成本，共同創造對日本產品的新的國際需求。在1982年，戴明的書籍《品質、生產力和競爭地位》（Quality, Productivity, and Competitive Position）由麻省理工學院出版，並於1986年改名為《走出危機》。在這本書中，他提出一個基於他著名的《管理的14項原則》的管理理論。管理層未能為未來做出計畫，將導致市場損失，進而導致失業。管理層應該不僅僅按季度股息來評價，還應該通過創新計畫來保持業務運作，保護投資、確保未來股息，並通過改進產品和服務提供更多的就業機會。戴明的每一個原則都經過實務的驗證，很值得管理科學教授們參考。

2023年9月下旬，媒體報導韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope；JWST）探測到木星的第二號衛星（木衛二，Europa）的表面冰層，有二氧化碳的蹤跡。科學家長期以來認為在木衛二及土衛二（土星的第二顆衛星），其表面冰層下因為引力的作用，存在著豐富的海水。這兩顆衛星是太陽系內除了地球外，最有可能存在生命的星球。土衛二在先前已有NASA卡西尼（Gassini）太空船飛越，偵測到其表面有碳、氫、氧、氮甚至磷等，構成生命必要元素，而此次木衛二是經由太空望遠鏡的觀測而獲得。韋伯太空望遠鏡自從2022年發射升空後，除了提供了更遙遠星際的清晰影像外，由於其主要觀測的光譜位於近紅外線（near IR；NIR，波長0.6～5微米），及中紅外線（Mid-IR；MIR，波長5～28微米），可見光波長是在0.4～0.7微米，因此對於天文學家研究宇宙的形成、星系的演化及探測可能的生命，提供必要工具。除了影像的提供外，韋伯太空望遠鏡也內建分光儀，可以做光譜分析，恆星的發射光譜或者行星的吸收光譜，舉凡二氧化碳、氫分子或者甲烷等，都逃不過它的利眼。韋伯太空望遠鏡是如何做到的？這個偉大的計畫是為了接續第一代的哈伯（Hubble）太空望遠鏡而成立，從構想到實現超過20年的功夫，總耗費100億美金，由美國、歐洲及加拿大三個太空單位合力所完成。韋伯太空望遠鏡是為了紀念美國在執行登月阿波羅計畫時期，NASA的主管James Webb而命名。韋伯與哈伯除了偵測的光譜不同外，哈伯以可見光為主，兩者所運行的軌道也不一樣。哈伯是位於地球上空約550公里的高度，相當於現在低軌衛星的距離；韋伯太空望遠鏡卻是位於離地球150萬公里的超高空，是月球與我們距離的4倍遠。為何會放在那麼遠的太空？原來那個區域是個所謂被引力遺忘的角落。十八世紀2位偉大的數學家Leonhard Euler以及Joseph-Louis Lagrange，已計算出在地球運行的軌道面，有5個區域是太陽與地球引力互相抵消的地方，這150萬公里的高空是離我們最近，且同時可以背對著太陽、地球及月球，可以避免三者所造成的光害。哈伯因位於低軌道，因此時時受到這三個星球不同引力的影響，需要使用燃料噴氣，來調整望遠鏡本體的姿態及角度。韋伯沒有此一限制，可以讓望遠鏡的生命週期更久。但是低軌道的哈伯是太空梭可以抵達的地方，可以進行必要維修，韋伯可就沒有這個福分了。記得哈伯在剛運作時，影像是模糊的，原因是鏡片有2微米的誤差，後來是透過太空梭及太空人實施必要更換，方能正常運作。韋伯的核心是NIR以及MIR鏡頭，這兩段光譜是如何被吸收而轉換為電訊號，傳回到地球？這裡就牽涉到2種不同的半導體材料。作為紅外線的光偵測器，這分別是NIR的碲化汞鎘（Hg1-xCdxTe；MCT）以及MIR的Si（As doped）。MCT乃化合物半導體，一般大眾所熟悉的化合物半導體是IV-IV（四四族）的SiC, SiGe，或者III-V（三五族）的GaAs、GaN，而MCT卻是II-VI（二六族）。II-VI族半導體其共價鍵愈弱，而離子鍵愈強，因此不論在晶體或磊晶的成長，或是在製作元件上就更具有挑戰性。這兩種紅外光偵測元件，分別是由２家位於美國加州，專業於光偵測器的公司所研發完成。MCT藉由改變x的組成，也就改變半導體的能隙（bandgap），因此可將光偵測元件的吸收光譜的臨界值，由波長0.8微米（x=1）調整到5微米（x=0.3）；Si（As）則是利用砷摻雜在矽半導體內，所需要的游離位能（30-40 meV），當作MIR的吸收能階，使得元件得以吸收28微米的紅外光。然而這2種紅外光的偵測器，都得在極低的溫度下操作，尤其是Si更是需要在絕對溫度10K以下的超低溫工作。韋伯在面對太陽的一面，溫度常會超過攝氏50度，科學家們利用特殊的材料，製作出大面積且極薄的光罩版，阻絕太陽的光及熱，使得在很短的距離內，溫度可以下降300度，讓這兩類的紅外光偵測器，才得以正常的工作。30年前當筆者剛任教於國立中央大學，參與部分中研院天文所的無線電天文望遠鏡的計畫，時任中大校長的劉兆漢先生就告訴我，天文觀測所使用的技術都是最尖端的科技，劉校長本身是位太空科學專家。這件事發生在中研院的次毫米波無線電天文陣列上，也同時見證於韋伯紅外線太空望遠鏡上。

同步輻射所產生的光，是由電場加速帶電粒子因而產生輻射產生的光，不像雷射是利用原子天然能階之間的躍遷（transition）產生的相干光（coherent light），光源波長是可以控制、設計的。同步輻射產生光的波長，從遠紅外（far infrared）至hard X-ray，大約是10幾微米到0.01奈米，這波段已足以處理矽基半導體製程的所有波長需求。高於DUV波長的光就不必討論了—已有既存成熟的設備，不必再重新發明輪子。可以討論的是現在EUV波長波段，以及將矽基半導體推向物理極限的幾奈米波長的光。用同步輻射做為光源有個明顯好處，即為光的亮度充分。只要加速器中心能穩定控制的電流夠大—就是電子夠多，輻射光的亮度便充分—這個可以立刻解決現在EUV產量不夠好的窘境。另一個好處是光源成本的下降。一個同步輻射圓形加速器至少可以有十幾、廿個出光口。一個同步輻射加速器要多少經費呢？1980年代台灣開始建造同步輻射時，預算是幾千萬美元；雖然後來還有追加預算，平均一個光源才數百萬美元的成本。對於現在價格動輒上億美元的曝光機台，這個成本不算是錢。但是同步輻射光源也面臨現在EUV因光的能量較高，容易被物質吸收的問題。如果波長更短，問題愈嚴重。同步輻射在解決高能量光源會被物質吸收的問題上，可用的光徑安排方式有幾個。第一個，自然是與EUV相同的反射式鏡面。但是因為波長不同，材料和鍍膜必須要再調適；第二個，還是用透鏡，但是透鏡材質變成矽或鍺，這樣也能聚焦X-ray；第三個，是波帶片（zone plate），片上有多個不同半徑同心圓上的狹縫，X-ray通過波帶片產生繞射（diffraction），因而聚焦。以上都是同步輻射既有的光學元件。但是同步輻射是儀器（instrument），而曝光機是量產設備（equipment），二者要求的精度、可靠性、成本等有巨大差距。同步輻射要做為曝光光源有2個大挑戰。同步輻射基本上是個圓形加速器，出光口散布在圓周週邊，這個格局與現在的晶圓廠的布局（layout）天差地別。如果使用同步輻射，會大幅更動晶圓廠的運作方式，甚至是一些介面規格。這也是當初半導體產業選擇使用現在EUV的理由之一。EUV雖大，但是長的方方正正的，而且每部機台獨立運作。第二個挑戰是維修時的停機時間（downtime）。設備維修，停機理所當然。但是同步輻射加速器的維修會導致每個出光口同時停機，晶圓廠就處於關閉狀況。在半導體產業眼中，這是只有在災難時才會出現的狀況。半導體產業的邏輯一般是將既存的技術和設備榨出最後一滴價值，最大幅度的降低設備折舊（depreciation）與技術攤提（amortization）。所以現在曝光機的發展主流是盡其所能的提高EUV的亮度以及解析度，並且佐以其他非曝光手段如奈米壓印（nanoimprint）與定向自組裝（DSA；Directed Self-Assembly）等方法，以期能夠支撐到矽基精細元件的物理極限。如果最終還是需要同步輻射來推進解析度，是否花巨大的研發經費來開發，只供一、兩個技術節點使用？這對於半導體產業將是個很艱難的抉擇。

南韓總統府辦公室於10月9日發出聲明，已接獲美國通知，將三星電子（Samsung Electronics）和SK海力士（SK Hynix）中國工廠認定為「已核實終端用戶」（Validated End-User；VEU），此後兩廠進口美國晶片設備將無需「額外單獨審批程序」，接著傳出台積電也獲美國延展1年不需審批的消息，即便如此，未來中國半導體產能增長已非外資主導，而主要由中資業者投資所帶動了！延伸報導三星、SK海力士中國產線獲美晶片禁令無限期豁免目前中國半導體廠外資業者，主要包括韓資與台資業者。韓資包括三星西安廠與SK Hynix無錫廠、大連廠等12吋廠，三星西安廠月產能約25萬片，SK Hynix月產能分別是無錫廠21萬片及大連廠6萬片。台資包括台積電、聯電及力晶。以12吋廠來看，台積電南京廠與聯電廈門廠月產能各約3萬片，而以力晶轉投資的合肥晶合，月產能超過10萬片為最。2022年合計外資業者產能約佔中國總產能的3分之1，三星與SK Hynix是主要貢獻者，兩家業者近年可說是帶動中國記憶體供應鏈的逐步成形；在晶圓代工方面，台積電與聯電規模不大，力晶是後進者，就發展時間與產業地位上，均不若自2000年起遍地開花的中芯國際。延伸報導傳台積電中國產線將獲美國豁免　惟待遇不如韓記憶體業者我認為未來數年外資廠產能成長將相對有限。一是產能最大的三星西安廠與SK Hynix無錫廠產能已達原規劃目標，僅大連廠尚有月產4萬片的擴產空間。二是美國對中國嚴格出口管制下，獲得美國建廠補助的台積電與三星，必須依循在中國擴產的限制規定：先進製程產能成長不得超過5%，成熟製程產能不得超過10%。在未來美國擴大打擊的風險下，預期與三星同為記憶體領導業者的SK Hynix，未來投資也會相對保守。至於兩家成熟製程代工廠聯電及力晶，未來還是可能面臨美國對成熟製程加以管制的風險，聯電已規劃將廈門聯芯轉為獨資，要再大規模擴張可能性不高。相較之下，力晶與合肥官方合資的晶合集成，廠區規劃目標月產能是30萬片，又已於2023年5月在上海創業版掛牌，在官方與民間資本的挹注下，未來應會持續拉開與台積電與聯電在中國的產能差距。另一方面，2022年中資業者產能約佔中國總產能的3分之2，兩家最大晶圓代工廠中，若合計8吋廠與12吋廠產能，中芯約當36萬片12吋晶圓，華虹（含華力）約當14.5萬片12吋晶圓。在記憶體方面，長江存儲與長鑫存儲大致都在月產10萬片12吋晶圓上下。觀察中資業者擴產規畫，中芯新增產能來自於中芯深圳（Fab 16A/B）、中芯京城（B3）、中芯東方（上海臨港）、中芯西青（天津）、中芯集成（紹興）等5座12吋廠，除深圳廠產能目標為4萬片外，其他4座目標都是月產能10萬片。華虹增產能來自於無錫12吋廠，目前一期營運已達規畫產能，二期待擴，兩期合計產能可達18萬片。記憶體方面，長江存儲與長鑫存儲產能規畫目標都訂為月產30萬片12吋晶圓。除此之外，中國接下來擴廠與新建廠新增產能規畫目標達月產5萬片12吋晶圓的業者，尚包括廣州粵芯、杭州積海、杭州富芯、上海格科半導體與廣州增芯等。今年度上市的中資晶圓廠，包括華虹及紹興中芯集成，前者更成為今年迄今科創版最大的IPO案，另長江存儲預計也會於今年上市。此外，之前曾因弊案而中止一段時間的大基金二期，今年已重新啟動，除參與華虹公發外，也相繼注資長江存儲、士蘭微旗下的廈門士蘭明稼、華潤微旗下的潤鵬等。不論就政策與資金上，都為中資晶圓廠擴產提供強力支持。接下來中資晶圓廠擴產的變數有二，一是重要製程機台本土化推進速度，二是是否美國為避免LED、太陽能面板、顯示器面板為中國後來居上主導的情況重演，進而限制中國成熟製程產能大規模擴張。只要未被美國進一步「掐脖子」，那麼未來數年，中國業者的產能市佔不論在國內或在全球，都將有顯著提升！

這是近日網傳的議題，只是中國官方已經出面正式否認。這座高能同步輻射光子源（High Energy Photon Source；HEPS）是位於北京懷柔的中科院高能所正在興建中的第四代同步輻射裝置（Synchrotron Radiation Facility）。中科院高能所於1984年開始在北京玉泉路興建第一代裝置，以後迭有升級。這已經是近40年前的舊事了。同步輻射是高能物理實驗儀器的另類應用。原先的應用是利用電場加速電子，利用磁鐵彎曲電子行徑，並依圓形軌道運行。加速後的帶電粒子對撞生基本粒子，主要是魅夸克（charm quark）。由於帶電粒子被加速時會放出電磁波—也就是光，同步輻射裝置也可以利用這些光探測材料及生物結構，這是目前的幾個應用範疇。但是現在談及要被應用於半導體製程中曝光機（lithography equipment）的光源了。考慮用同步輻射來當曝光機光源絕對不是新鮮事，X-ray光阻早在80年代就是研究的題目。90年代業界在考慮未來半導體曝光機的光源時，EUV和同步輻射都是曾被考慮的方方向。當初美國國防部高等研究計畫署（DARPA）選擇EUV，但是也有其他公司選擇同步輻射，譬如IBM。在重新檢視同步輻射是否適合當曝光機光源時，讓我們簡單回顧一下EUV的幾個特性。EUV一般是指波長於121~10奈米的光，波長再短就是X-ray了。在EUV波長區域，並沒有天然的材料與機制可以產生雷射光，現行的13.5奈米 EUV是以二氧化碳雷射照射掉落的錫液滴（tin drop）所激發的次級光源。由於EUV光的產生程序複雜，光的頻率集中的程度遠不如使用雷射光源的DUV，亮度（luminosity）也遠遠不如。亮度不足，曝光時間就需要較長，影響曝光機產出（throughput）。由於EUV光的能量較DUV高，容易與物質—特別是傳統的透鏡（lens）材料—發生反應而被吸收，光的傳遞依賴於多個有多層鍍膜（multi-layer coating）的反射鏡（reflection mirror）組成光徑（optical path）並聚焦。對於半導體產業而言，這是一個全新的光學系統，這也說明為什麼EUV要發展20餘年，最終才得以商業化的原因。即使用反射鏡來建立光徑，垂直鏡面入射的光線仍然會被部分吸收。因此，光線最好以與鏡面垂直線傾斜6、7度的角度入射。由於這個傾斜入射角，整個光學系統的數值孔徑（NA；numerical aperture）就比較難極大化，目前的EUV其NA=0.33，與DUV的NA可以高達1.2、1.3存在巨大的差距。而數值孔徑與解析度（resolution）成正比。這是個關鍵的光學特性。由於目前EUV波長已經一口氣推進到接近X-ray波長的上限，再要縮短波長恐怕要用新的物理機制產生新的光源—那可能是另一段20年艱苦的研發旅程，所以目前產業界的努力都集中2個面向，增加NA和增加產出。增加產出是個多面向的工作，包括增加光源的亮度、改變光阻的化學組成等；增加NA可以在不必縮短波長的狀況下增加解析度，目前的計畫是從NA=0.33增加為0.55。以目前13.5奈米波長的EUV大概能做到哪個技術節點？這點是整個半導體產業共同的關心。當初在討論DUV之後的曝光機光源時，當時已有摩爾定律已日暮的感覺，雖然之後又奮力推進這麼多年。理論上，一個光源的解析度大概在光源的半波長。譬如第二代DUV ArF（argon fluoride）的波長是193奈米，理論解析度就只有96.5奈米。但是透過多重曝光（multiple exposure）、過刻（over etch）、相位移（phase shift）以及浸潤（immersion）在水中改變光的折射率（refraction index）等工程手段，193 奈米 DUV目前可以處理到7奈米的節點，問題是波長13.5奈米的EUV可以推進到哪一個技術節點？要注意的是現在邏輯製程的節點與早年以電晶體實際的通道長度（channel length）為命名已有所有不同，7、5奈米的通道長度在10奈米以上。目前節點是以1個晶體的總體表現，如速度、功率、熱耗散、面積等因素來命名。這問題可以從問題的另一端來思考。如果精細結構裝置仍然以矽晶為基礎、以電磁學為控制手段，那麼矽基元件（silicon-based devise）的最小尺寸是可以粗估的。矽的共價鍵長度為0.111奈米。要組織一個元件的功能部分（silicon-based devise）—譬如通道—至少要有幾十個原子的內部，要不然物質表面的性質可能就會影響物質內部應有的性質，因而影響元件預計的工作特性。幾十個的矽原子就是幾奈米的長度了，離現有的EUV的理論解析度尺度並不遠，這也是當初產業界一口氣將波長推進至13.5奈米的考慮。如果對原分子的控制可以更精細、物質的表面性質可以被精確掌控，因而使用較少的矽原子也可以構成有效元件，這時在半導體製程演化至物理的自然極限前，光源的波長還留有一個小窗口，這個窗口的候選人之一就是同步輻射的光。

近幾年新竹縣政府設置智慧城市諮詢發展委員，邀請我擔任委員，也常和我溝通關於人工智慧物聯網（AIoT）的重要性。政府公權力扮演著智慧城市實現的關鍵角色。新竹縣一直致力於推動智慧城市發展，為了拉近公務同仁與新科技的距離，於今年（2023年）7月19日舉辦名為「智慧城市科技新知及技術教育訓練」的活動。該訓練課程內容包括近期最夯的聊天機器人ChatGPT、AIoT及ESG等最新發展趨勢，以及數位轉型的應用介紹等。這項活動的目標是由行政處長周秋堯所提出，希望透過長期系列課程引導，讓第一線推動智慧城市業務的同仁們能掌握最新資訊，並將新的思維應用在簡政便民上，讓縣民們感受到智慧城市的美好。新竹縣因應智慧城市規劃的浪潮，所提供的服務與治理將會變得愈加智慧化。現今有愈來愈多的工具讓公務服務變得更加便捷，而ChatGPT及AIOT正是其中的代表。透過簡單易用的科技教育，每個人都可以成為工程師。此外，隨著氣候變遷及環境永續發展受到重視，加上中央政府提出2050年淨零碳排的目標，各縣市政府紛紛提出自己想要實現的淨零城市目標或路徑，新竹縣也需要建立起屬於自己的城市淨零目標。在演討會中，我特別強調城市數據的應用非常重要，例如，如果能在交通領域應用這些數據，將有助於減少民眾的旅行時間。我個人發展智慧農業的親身經歷，以AI生成白草莓病變的圖片，在實際偵測農場病變時，可以將準確率由87.50%提升到96.88%。我指出，隨著人工智慧的蓬勃發展，ChatGPT已經可以透過資料與數據蒐集回應使用者的問題。然而，在某些圖形和數據的正確性方面，仍然可能與真實情境有所差異，因此在享受科技服務的便利性時，如何將數據蒐集做有效且正確的應用才是至關重要。透過持續的交流與教育訓練，我相信台灣各縣市的智慧城市發展將會愈來愈成功，讓政府服務更智慧，讓縣市民享受到更美好的智慧生活。 

根據國際半導體產業協會（SEMI）最新公布的報告，預估全球晶圓廠設備支出總額將先蹲後跳，從2022年的歷史高點995億美元，下滑15%至840億美元；隨後於2024年回升15%，達到970億美元。若要解讀此預測數字，應擺在2021與2022年是晶圓廠設備有史以來的投資高峰來看，其具有2個意涵。一是2023年即便衰退18%，仍比2020年之前的任何一年都高，且高上百億美元的數量級；二是即便2024年回升15%，金額仍不及2022年的高峰。整體而言，未來幾年晶圓廠設備市場規模，在因應地緣政治格局及供應鏈安全，各國政府強力介入扶植在地產業的情況下，已較2020年的規模躍上一個位階，且維持比半導體市場更高的成長率！若看2023年上半的整體半導體設備市場（含晶圓廠與封測）統計，中國大陸、台灣與南韓仍是全球前三大市場，規模分別為143.1億美元、126.2億美元與112.7億美元，佔整體市場比重各為22.5%、24.0%與21.4%，這數字符合一般的預期。 特別值得注意的是美國市場規模的擴大。美國2021年的半導體設備規模是76.1億美元，2022年已擴大為104.7億美元，2023年上半規模68.8億美元，較2022年上半成長30.8%，是所有市場成長之最，2023全年可能突破140億美元規模，包括台積電，英特爾（Intel）、三星（Samsung Electronics）、德儀（TI）等大廠都是主要驅動力量，也反應美國政府強力介入扶持產業「具體成績」。中國市場方面，2014年6月中國國務院頒布〈國家集成電路產業發展推進綱要〉，確認設計、製造、封測、設備材料全產業鏈發展的框架，並啟動配套的大基金，帶動中國半導體產業的加速發展，其後2015年5月發布的〈中國製造2025技術藍圖〉的第一章第一節的項目便是「集成電路及專用設備」，可見半導體與相關設備的關鍵性。自2013年起迄今，中國半導體設備採購額的成長率基本上均高於全球半導體設備市場的成長率，2013年中國半導體設備市場規模為34億美元，佔全球市場的10.6%；10年後的2022年，規模已成長至283億美元，全球市場佔比提升至26.3%。若觀察北方華創與中微兩家中國半導體設備龍頭業者，2018年中美貿易戰之後的3年間(2019~2021年），北方華創的年營收成長率為22.1%、49.2%與59.9%；2019年才掛牌揭露業績的中微，2020年與2021年的成長率為25.9%與57.4%，均呈現銷售額高速成長的態勢。2022年迄今全球半導體設備採購走緩，2022年與2023年上半年比成長率為4.9%與2.9%，中國市場相對更疲軟，年成長率為-4.6%與-5.1%。但於此同時，北方華創營收成長51.7%與37.7%，中微成長60.9%與至27.5%，中微上半年業績為25.3億人民幣，北方華創更達到84.3億的規模，這也反應出中國半導體設備進口替代的力道強度。(作者為DITIMES副總)

2023年7月28日台積電盛大地慶祝其永久性研發大樓的落成，過去台積電的研發中心都是跟著不同的廠區而遷移，逐水草而居，如今擁有永續基地。這棟大樓可容納超過7,000名研究人員，而台積電的研發經費，多年來都佔其營收的8%。以去年（2022年）超過730億美元營收，研發經費就將近55億美元。所以創辦人張忠謀特別提到，台積電的研發經費，遠遠超過麻省理工學院（MIT）1年約20億美元的研究經費。董事長劉德音在研發大樓落成慶祝儀式中，特別提到希望將台積電的研發中心，打造成台版貝爾實驗室。貝爾實驗室這座我學生時代心目中的科學聖地，是造就15位諾貝爾獎得主的殿堂，包括2位華裔的崔琦及朱棣文教授。研究半導體的學者若此生沒到過貝爾實驗室做過一段時間的研究，如同伊斯蘭教信徒沒去過麥加朝聖般。貝爾實驗室的經費來自於母公司美國電話及電報公司（AT&T）。1982年全盛時期，貝爾實驗室經費是16億美元，員工2.2萬名，其中博士學位者超過3,000人。當時AT&T年營收是347億美元，佔當時美國GDP的1.1%，所以貝爾實驗室的研發經費是AT&T營收的4.6%。1984年因為反壟斷法的關係，AT&T拆分7家獨立的區域型電話公司，從此貝爾實驗室的經費及重要性開始走下坡，如今已成為諾基亞（Nokia）旗下一員。眾所周知電晶體的發明，誕生於1947年的貝爾實驗室，除此之外MOS電晶體、非揮發記憶體floating gate、半導體雷射，甚至於也拿過諾貝爾獎的CCD元件，皆出自於貝爾實驗室，當然還有更多在半導體領域重要發明。延伸報導台積電全球研發中心啟用　張忠謀透露台灣成全球兵家必爭之地的關鍵 (新增影片)貝爾實驗室從1940年代，一直到1990年代，在半導體領域的研究上一直是獨領風騷。MOS電晶體以及其所衍生的CMOS，是所有積體電路以及分離器件中最被廣泛使用的元件結構，於1959年由Mohamed Atalla以及韓裔的Dawon Khang（姜大元）博士在貝爾實驗室所共同發明。MOS元件的特點在於，在電晶體的控制端—閘極（gate）金屬下方成長一層薄的二氧化矽絕緣層，可利用絕緣層的電容來控制輸出的電荷量，同時不會有電流流進閘極。當電晶體尺寸愈做愈小的同時，MOS所消耗的功率愈少，而操作的速度就愈快，成就摩爾定律，也造就今日世界。現今半導體兩大記憶體分別是DRAM以及Flash（NAND、NOR），DRAM是1966年由IBM所發明，其作用是將電荷儲存在矽半導體所製作的電容內，並由電荷電位的高低決定記憶的位元是0或1。但是半導體內的電容很容易漏電，隨時得補充電荷以維持記憶狀態，一旦關掉電源記憶隨即消失，故被稱為揮發性記憶體（volatile memory）。Flash是非揮發性記憶體（non-volatile memory），即使無電源供應，記憶狀態依舊保持。其中最關鍵的結構floating gate，是施敏教授（S.M. Sze）與姜大元博士於1967年提出。此架構是將儲存電荷的閘極，完全包覆在二氧化矽絕緣層內，不會有漏電流發生，而電荷是利用量子穿隧效應（tunneling）注入進floating gate。據施敏教授口述，他是在實驗室大樓自助餐廳看到鮮奶油蛋糕，在蛋糕內的層與層之間，塗了一層薄的鮮奶油，激發floating gate這個創意。此一重要創舉，第一次投稿時卻被學術期刊的編輯退件，最後是刊登在貝爾實驗室所辦的學術期刊內。談論到施敏教授，必須得提他所著作的《半導體元件物理》（Physics of Semiconductor Devices）一書，該書是是半導體領域的聖經。我在研究所時讀的是1981年的第二版，全書有880頁。有一整年的時間對我而言，幾乎是晨昏定省，從第一章第一節，研讀到最後一章完。到後來整本書的封皮都剝落了，有時讀累了就趴在書上小憩，書本中難免夾雜個人的汗水及口水。施敏教授是向貝爾實驗室申請，全職來寫這本書，這本書內容廣泛且論述清晰，尤其參考資料非常豐富。《半導體元件物理》不僅是本教科書，也是做研究所需的入門書籍。據他本人描述，所收集的論文資料，堆起來有一個人高度。施教授寫書的時候，在他的書桌旁放了一個字紙簍，如果他看不懂的文章就丟到裡面。他說如果連他都看不懂，那很難有人會懂了。據統計在美國有4成科學家，其出生地非來自本土，相信在貝爾實驗室的比例更高。Atalla出生地是埃及，姜大元博士是南韓，施敏教授出生於南京，在台灣完成大學教育。即便連兩位因CCD發明而獲得諾貝爾獎的 Willard Boyle及 George Smith，前者也來自於加拿大。惋惜的是在南韓被視為國寶的姜大元博士，不幸於1992年在結束學術會議，返家途中昏倒過世，否則也極有可能獲得諾貝爾的殊榮。最後，我們祝賀台積電研發中心的落成及運作，也期望一如貝爾實驗室能吸引國際一流人才進駐，引領半導體相關領域的研究，邁入下一個新紀元。 

我在台德合資公司的工作職責之一是策略談判，譬如技術授權、合作開發、產能保留等合作。每隔一陣子就得和德國的夥伴談判，協商新的合約。德國公司規模大，連談判都有專業隊伍。主要談判成員由一個資深的美國人帶頭，主要負責美洲業務。另外有個英國人，負責歐洲業務；一個日本人，負責亞洲業務。奇怪的是，整支隊伍沒有任何德國人。經側面瞭解，德國人認為自己不擅於談判協商，所以策略談判隊伍清一色地由外國籍員工擔任，這真是自知之明。我過去的個人的談判經驗是德國人思路條理分明，但是想定的事便不容易改變軌道，對於談判中主要牽涉的利益交換形式也比較缺少彈性。有一次談判其中主要的商業條件談判已經完成，只待合約文字敲定。德國公司只派了一個德籍的內部律師來敲定文字。談了一天，走不了兩、三個條款，馬上面臨跨越不過的天塹，只好要求德方另派代表。一直以來與德國公司的談判，我們都處於弱勢方，沒想到對方居然欣然同意這個請求，換了一個奧地利籍的外部律師，這可是要額外付費的。這表示德國人也明顯知道他們不擅之處，這是「自知者明，自勝者強」了。也談一下德國同事們對我們的看法。第一任執行副總在任職期滿後，公司高管為他踐行。問他對台灣的觀感，他的回答是：「似乎台灣工程師喜歡承擔一些風險，但是奇妙的是他們總是能完成。」臨別無惡言，但是聆聽到的絃外之音是台灣工程師—至少他經驗過的—比較不一定照「規矩」。我也知道他對於在蓋廠之初我們從空無一物的潔淨室到裝機、接管線、冲管、試機、建立一條單一機台式產線（single tool line），直到產出第一顆工作晶粒（working die）總共只花了92天，看得目瞪口呆的，這當時是世界紀錄。總要回到時事，今昔對照。台灣的企業在全球供應鏈重組的過程中，無可避免的要觸及供應在地化的議題。如果在歐洲要選擇一個晶圓製造廠的廠址，我的首選是德國德勒斯登（Dresden）。這是上述合作德國公司的主要製造基地，另外還有幾個其他半導體公司於此設廠。從業人員、基礎設施、供應商群聚等條件早已成熟完備。新聞媒體報導稱當地作業員無法接受兩班制輪班，從來不是問題。德勒斯登半導體建廠、運作已有多年，自然有當地能接受的運作模式，剩下的只是適應和成本效率問題，這非艱難的管理問題。但是工會的確是個需要慎重對待的問題，尤其台灣企業過去比較少處理這類問題。歐洲的法律普遍注重勞工權益，政府獎勵條例也常圍繞著聘僱人數來訂定。工會本身的作為也經常能影響公司的重大決策。那家德國公司的工會在董事會中就有幾個席位，據說是以員工的退休基金取得公司的股權選出來的。一般而言，退休基金要求投資風險較低的標的，而投資自己公司的股票是將所有雞蛋放在同一個籃子中：公司狀況不佳時，工作和退休金會同時受影響。但此為工會在影響力與風險之間的抉擇，而且也真的派上用場了。德國公司的執行長最後被走人，報導的原因之一是與工會不睦：執行長不滿意德國的高營業所得稅，揚言要將總部外遷，這下可惹惱工會。執行長能遷，大部分的員工可遷不了，只好讓執行長自己遷了。千萬妥善應對工會，要不就終將成為最大負擔（liability）。