成大借重云端应用平台 助产业发展低温半导体

国立成功大学电机工程学系副教授高国兴。成功大学

发展数十年的半导体产业，是支撑物联网等数码经济的重要力量。由于台湾的半导体产业发展非常健全，涵盖半导体制造、测试、封装、IC设计等领域，所以有台湾护国产业的美誉。

尽管全球不少业者都积极投入第三代半导体发展，然矽基半导体仍然是目前市场主流，也吸引不少团队投入相关技术研发，国立成功大学电机工程学系副教授高国兴带领的研究团队，便专注在金氧半场效晶体管(MOSFET)上，日前更因在国研院国网中心的simplatform云端应用平台上，投入「超低温金氧半场效晶体管由于直接穿隧电流所造成之临界摆幅饱和」专案，获得国研院研发服务平台亮点成果-佳作奖的肯定。

在追求快、省电等趋势下，缩小金氧半场效晶体管(MOSFET)的物理尺寸，有助于电子元件在开关速度、集成电路密度、功能性，以及降低成本上有明显帮助。

然而根据高国兴团队研究发现，当缩小尺寸后会造成短通道效应，并且增加次临界导通时的漏电流和功率消耗，因此除了加强闸极的控制外，团队也投入低功率纳米电子元件的特性研究。近来，随着半导体制程往纳米迈进，团队研究方向则锁定在低温半导体于HPC、量子电脑等领域。

成功大学电机系副教授高国兴説，矽基半导体的特性，在于高速运作过程中，会产生非常高的温度，因此需要一套完善的散热机制，才能维持芯片运作，这也是打造HPC环境不可忽略的部分。

而在降低能源消耗的前提下，许多大型业者都选择将数据中心建置在低温环境中，借此减少散热能源的消耗。因此，半导体元件操作于低温环境中可望改善系统的能源消耗，也有望降低HPC或数据中心的能源消耗，并且让量子电脑发展向前迈进重要的一大步。

借重运算资源能量 加速半导体研究

回顾早期投入半导体研究之初，受限于学校研究中心的运算资源有限，高国兴团队只能在个人电脑上执行相关研究，研究进度自然不如预期。随后在科技部协助下开启与国网中心的合作，以「超低温金氧半场效晶体管由于直接穿隧电流所造成之临界摆幅饱」专案，透过国网中心开发之simplateform量子电传输计算模块，搭配台湾杉1号运算资源，缩短相关专案的研究时间。

高国兴指出「虽然2015年国网中心还没有台湾杉主机，但是仍然有台湾最强的超级电脑，所以能够支撑半导体专案的研究，让我们无须担心运算支持的问题。特别是国网中心的simplateform平台使用者界面非常易懂，让团队可轻易在超级电脑上执行大量的计算工作，大幅降低计算量庞大的量子传输模拟的运算时间。」

另一方面，国网中心亦协助团队解决在接近绝对零度的元件模拟中，所遭遇的各种数值问题，让团队藉由理论计算得出的结果，即于4K下Si通道不能短于20nm，且得以顺利提出解决方案。

由于未来每一个量子位元必须由传统元件所操纵，因而Si通道不能短于20nm会限制CMOS密度，这也许暗示着量子位元的密度上限。此研究主题亦与量子电脑议题相关，且高国兴团队已将成果发表于IEEE最具影响力的国际电子元件期刊，除彰显研究专案的重大创新性与突破性外，也有助于提升台湾的国际学术地位。

由于高国兴近期于比利时微电子研究中心(imec)执行移地研究计划，所以也开启imec与国网中心甚至是国研院的合作契机，对于提升台湾的全球知名度，以及维持半导体产业的领先优势等，均带来正面的帮助。