國立臺灣大學 重點科技研究學院
Graduate School of Advanced Technology
Program in Nanoengineering and Nanoscience
本學程定位為產業導向之碩士學位學程,致力於奈米工程與科技的創新與應用,透過系統性的課程規畫,並強化產業合作交流及學生實習機會,導入產業前瞻問題及長期規畫做為研究發展架構,在此框架下培育符合產業專長的優秀工程師人才,以期就業後能迅速連結所學、發揮所長。 學程將奈米工程與科學領域劃分為以下三個重點子領域,此三個重點領域規畫主要目的為協助學生依其專長及興趣設立大方向,雖然各領域有相對應的課程設計及專長領域教授,而根據自身研究主題的變化,自然地會朝向不同領域間的知識探索。此三大領域包括:

  • 低維度半導體科學
    電晶體元件在半導體產業發展中扮演相當重要的角色,這項發明為計算機記憶體、微處理器、積體電路的誕生奠定基礎,同時也為現今的電子世代拉開序幕。隨著科技的演進,產品效能提高、功耗下降的需求使得對電晶體的尺寸要求越來越高,希望儘可能地縮小電晶體尺寸,但伴隨的是微縮尺寸將面臨新的物理極限,例如:場效電晶體(FET)在7nm及5nm上多數採用的是鰭式電晶體(FinFET)的立體結構,但面對更小尺寸的設計時,不論3nm甚至1nm,若繼續使用鰭式電晶體將面臨微縮問題,過細的鰭片會產生電流控制的問題,使漏電流(leakage current)增加。另外,有研究發現:在半導體尺寸與其激子波爾半徑(exciton Bohr radius)相近時,半導體的光學性質會開始產生很大的變化,如:發光光譜往高能量位移、子能帶的分離、激子束縛能的增加等現象。要克服上述問題,設計人員需了解低維度半導體物理主要的光子、微波、場效、雙載子以及偵測元件等低維度半導體物理行為。熟知這些科學行為後,以設計新結構或研發新材料等方式,來設計出滿足尺寸微縮的需求。在未來,將需要更多熟知低維度半導體物理的人才,透過教育實現滿足需求之設計、培育專業人才,由此可知低維度半導體物理是不可或缺的,因此將該方向視為重點領域發展。 隨著電子元件的微小化,電晶體密度增加,除了增加運算速度之外,也導致發熱密度越來越高,因此改善半導體奈米元件之散熱、溫度上的精準控制,成為半導體穩定度提升的關鍵之一,讓微/奈米尺度熱對流的研究越來越受到重視。在半導體先進製程已達5nm以下,過去熱傳導傅立葉定律已無法使用,因此開始發展微奈米熱傳導理論,例如聲子輻射方程式。本學程重點之一為介紹微/奈米的能量傳輸,探討微/奈米熱傳導係數,熱傳導係數直接影響該材料之熱傳遞能力。並藉由量子力學、波爾茲曼運輸方程式、固態物理、流體力學等學科中,深入了解微/奈米熱現象、分析方法、量測方法,並討論微尺度中相變傳熱問題,結合微奈米微機電材料等特性,為未來電晶體、感測元件發展舖路。
  • 奈米工程與精微系統
    此重點領域涵蓋機械、電機、電子、生醫、光電等領域之專業知識,以建立在微加工等技術整合,可應用在微致動器與微感測器不同領域,利用訊號處理器進行控制協調。隨著科技發展,電子產品都漸漸走向輕薄短小、省電、高效能之路線,異質整合系統也是目前半導體製程技術產業發展重要方向,完成許多傳統大型系統無法完成的工作,也為人類生活帶來深刻和全面影響。其中奈米工程與精微系統不僅能將感測器、致動器透過製程整合的方式來完成不同的機構,感測器是一種微米級之立體結構,具有機械結構的運動能力、也具備電子訊號處理能力,是進行感測動作和執行動作重要的一項元件,而致動器為系統中的動力來源,也是微機電系統由靜態電子系統或感測系統轉化為動態機電系統的樞紐,因此在整個系統發展過程中,也是一個不可或缺的元件,佔有主導和關鍵地位。奈微米機電系統多以平面加工技術,相當於逐層堆疊方式來完成,因此元件之間設計和製程需要高度配合,將所有機電感測器和類比數位訊號處理功能整合到微小的晶片中,這之中也衍生出許多研究課題。不管是在晶片上創造出聲學、射頻系統或慣性,包含各項功能的完整精微系統。當物質逐漸微小化後,物質本身物理和化學特性也會產生極大的變化,在醫療領域方面許多發生在分子或奈米層級的生物程序變異,像是蛋白質異常或基因突變,甚至細菌或病毒感染,因此希望透過藉由微機電系統的發展,取代原有的生醫產品及技術,作為新興科技做為治療、修復,預防這些發生在分子層級之病變,提升加強其功能性,設備正朝向更高準確度、高靈敏度方向發展,從中獲得更多價值,可預期未來有更多發展可能性。
  • 先進製程與精密量測
    為了因應不斷擴大的自動駕駛、以及智能工廠 AI晶片需求,為朝向5G時代邁進,研發新一代半導體製造技術勢在必行。積極發展先進製程將有助於提升各方面的性能,以利於滿足未來科技高效運算的需求,先進製程帶來的優點,例如體積縮小、低能耗、耐久性佳等等,都將有助於加速科技技術的發展。而在半導體的生產製造過程中會存在許多需要量測的參數,例如薄膜厚度量測、薄膜應力量測、摻雜濃度量測、關鍵尺寸量測等等,這也代表著未來在先進製程不斷發展的情況之下,對於精密量測技術的要求越來越提高。因此如何精準的量測各項數據,將會是未來半導體產業裡面的一個重要的課題,不準確的量測將會嚴重影響到整個先進製程的良率,而發展精密量測也將有效的降低生產成本,以助於先進製程的開發以及量產。