成大借重simplatform雲端應用平台助產業發展低溫半導體

發展數十年的半導體產業，是支撐物聯網等數位經濟的重要力量。由於台灣的半導體產業發展非常健全，涵蓋半導體製造、測試、封裝、IC設計等領域，所以有台灣護國產業的美譽。儘管全球不少業者都積極投入第三代半導體發展，然矽基半導體仍然是目前市場主流，也吸引不少團隊投入相關技術研發，國立成功大學電機工程學系副教授高國興帶領的研究團隊，便專注在金氧半場效電晶體(MOSFET)上，日前更因在國研院國網中心的simplatform雲端應用平台上，投入「超低溫金氧半場效電晶體由於直接穿隧電流所造成之臨界擺幅飽和」專案，獲得國研院研發服務平台亮點成果-佳作獎的肯定。

在追求快、省電等趨勢下，縮小金氧半場效電晶體(MOSFET)的物理尺寸，有助於電子元件在開關速度、積體電路密度、功能性，以及降低成本上有明顯幫助。然而根據高國興團隊研究發現，當縮小尺寸後會造成短通道效應，並且增加次臨界導通時的漏電流和功率消耗，因此除了加強閘極的控制外，團隊也投入低功率奈米電子元件的特性研究。近來，隨著半導體製程往奈米邁進，團隊研究方向則鎖定在低溫半導體於HPC、量子電腦等領域。

成功大學電機系副教授高國興説，矽基半導體的特性，在於高速運作過程中，會產生非常高的溫度，因此需要一套完善的散熱機制，才能維持晶片運作，這也是打造HPC環境不可忽略的部分。而在降低能源消耗的前提下，許多大型業者都選擇將資料中心建置在低溫環境中，藉此減少散熱能源的消耗。因此，半導體元件操作於低溫環境中可望改善系統的能源消耗，也有望降低HPC或資料中心的能源消耗，並且讓量子電腦發展向前邁進重要的一大步。

回顧早期投入半導體研究之初，受限於學校研究中心的運算資源有限，高國興團隊只能在個人電腦上執行相關研究，研究進度自然不如預期。隨後在科技部協助下開啟與國網中心的合作，以「超低溫金氧半場效電晶體由於直接穿隧電流所造成之臨界擺幅飽」專案，透過國網中心開發之simplateform量子電傳輸計算模組，搭配台灣杉1號運算資源，縮短相關專案的研究時間。

高國興指出「雖然2015年國網中心還沒有台灣杉主機，但是仍然有台灣最強的超級電腦，所以能夠支撐半導體專案的研究，讓我們無須擔心運算支援的問題。特別是國網中心的simplateform平台使用者介面非常易懂，讓團隊可輕易在超級電腦上執行大量的計算工作，大幅降低計算量龐大的量子傳輸模擬的運算時間。」另一方面，國網中心亦協助團隊解決在接近絕對零度的元件模擬中，所遭遇的各種數值問題，讓團隊藉由理論計算得出的結果，即於4 K下Si通道不能短於20 nm，且得以順利提出解決方案。

由於未來每一個量子位元必須由傳統元件所操縱，因而Si通道不能短於20 nm會限制CMOS密度，這也許暗示著量子位元的密度上限。此研究主題亦與量子電腦議題相關，且高國興團隊已將成果發表於IEEE最具影響力的國際電子元件期刊，除彰顯研究專案的重大創新性與突破性外，也有助於提升台灣的國際學術地位。

由於高國興近期於比利時微電子研究中心（imec）執行移地研究計畫，所以也開啟imec 與國網中心甚至是國研院的合作契機，對於提升台灣的全球知名度，以及維持半導體產業的領先優勢等，均帶來正面的幫助。