半導體大師施敏院士:浮閘記憶體的追尋之路(1936-2023)

永遠的半導體大師

說到半導體,我們第一時間會想到台積電(TSMC)、輝達(Nvidia)、超微(AMD)、英特爾(Intel)等世界級半導體公司。然而,半導體之所以能發展成今日的模樣,背後自然也有一群默默耕耘的半導體科學家,他們充滿創意、不畏艱難,為半導體產業奠定了堅實的科學基礎。中央研究院「研之有物」於 2023 年 7 月遠距訪談在美國的施敏院士(Simon Sze, 1936-2023),他曾與韓裔美籍科學家姜大元(Dawon Kahng, 1931-1992)發明了人類史上第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」,這顆小小不起眼的電子元件,後來影響了整個世界。
施敏院士是臺灣半導體領域的大師級人物。 圖|研之有物
施敏院士是半導體領域的大師級人物。
圖|研之有物

求學與選擇:初遇半導體

施敏出生於 1936 年,青年時期的他就讀建國中學時,就對工程科學產生濃厚興趣。高中畢業後,他原本想要追隨礦冶專家父親施家福的步伐,就讀臺南工學院礦冶系(今國立成功大學)。施敏笑著說,當時父親勸他在臺灣不要走礦冶,因為「臺灣是水成岩,不是火成岩,地底下礦物不多。父親說我學礦冶的話就白學了(笑)。」

後來,施敏把眼光轉向臺灣大學工學院,四大科系有機械系、土木系、化工系和電機系。施敏說,當時他覺得電機系用的數學比較多,加上數學也是自己擅長的領域,於是就進入臺大電機工程學系就讀。

1957 年,施敏順利從臺灣大學電機系畢業。他說:「四年讀完之後,那時候有個風氣,就是我們班的同學幾乎 90% 都出國留學,一大票人都去了美國。」在留學風氣之下,施敏選擇到美國華盛頓大學深造。離開熟悉的家鄉,年輕的施敏踏上了求知之路。

華盛頓大學期間,施敏遇到了人生第一位半導體導師:魏凌雲教授。施敏說:「當時要申請獎學金時,我分別和天線組、控制組、微波組以及半導體組的教授談過,最後選擇做半導體。」可能是使用共同語言的熟悉感,他和半導體組的魏凌雲教授相談甚歡。施敏說:「魏教授教了我很多固態電子的技術。他的老師約翰·巴丁(John Bardeen)是電晶體發明人之一,而且拿過兩次諾貝爾獎,一次是電晶體,另一次是超導理論。」

就這樣,施敏開始在魏教授底下從事半導體研究,1960 年取得華盛頓大學碩士學位,論文為「鋅和錫在銻化銦中的擴散」(Diffusion of Zinc and Tin in Indium Antimonide)。

施敏笑著說:

我運氣不錯,如果魏教授不做半導體的話,我這輩子很可能會去做微波,一個小決定造成世界很大的改變。

重要人生導師:John Moll

碩士畢業之後,施敏申請到史丹佛大學的電機博士班,繼續深造半導體專業。在那裡他遇到人生第二位啟發他的半導體導師,同時也是重要的人生導師:約翰·莫爾教授(John Moll),John Moll 是半導體物理學的大師。施敏說:「John Moll 是第一個建議用矽取代鍺來製造電晶體的人,Moll 認為矽比鍺更適合發展為主要半導體技術。」(註1)

漸漸地,在 John Moll 的指導下,施敏開始確立自己在半導體領域的學術方向,1963 年他順利完成博士學位,論文為「金薄膜內的熱電子範圍函數與能量關係」(Range-energy relation of hot electrons in gold)。

畢業後,當時半導體產業正在擴張,施敏順利拿到多達七家半導體公司的工作職位,除了有貝爾實驗室(Bell Labs),還有通用電子(General Electric)、惠普(HP)、國際商業機器(IBM)、美國無線電公司(RCA)和西屋電氣(Westinghouse Electric)等。如此多的工作可能性一次迎面而來,讓施敏不知道該如何選擇。

於是,施敏再次請教他的人生導師 John Moll。過去曾在貝爾實驗室任職的 John Moll,對施敏的個性再瞭解不過,他極力推薦施敏去 Bell Labs。甫出社會的施敏回應:「可是,Bell Labs 給的薪水比其他公司低了大概 15% 至 20%。」John Moll 自信地說:「沒關係,起薪不重要。Bell Labs 是全世界最好的研究中心,大概有三萬名研究人員,其中有四千個博士和一萬個碩士,每年經費多達 30 億美元。只要好好做,加薪加得很快。」

導師的建議果然別具遠見,施敏自 1963 年至 1989 年間,一直在美國貝爾實驗室從事研究工作。他得以盡情發揮所長,接觸到各式各樣先進的半導體技術和設備。而其中最關鍵的時間點,莫過於 1967 年 5 月,他和同事姜大元共同發明了全世界第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」。

1967 年 5 月,施敏(右)和姜大元(左)共同發明了全世界第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」。 圖|施敏演講資料
1967 年 5 月,施敏(右)和姜大元(左)共同發明了全世界第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」。
圖|施敏演講資料

孕育人才的搖籃:貝爾實驗室

工作可以影響一個人的視野和創意的發揮,究竟當時貝爾實驗室是什麼樣的工作環境?讓施敏能夠盡情研究,進而發明新型的記憶體元件?

施敏在位於默里山(Murray Hill)分部的貝爾實驗室待了 27 年,「Bell Labs 提供一個非常有挑戰性和激勵性的環境」,施敏說,當初他進實驗室時,就問他的頂頭上司 Bob Ryder 博士:「請問我需要做什麼事?」Bob Ryder 說:「你可以做任何事情,和矽或半導體有關的東西都可以做。你可以和任何人合作,需要什麼設備隨時申請,你也可以去參加任何國際會議。」

施敏回憶:「他們的圖書館資料也非常齊全,找到任何資料馬上能提供給你。並且提供兩位非常好的技術人員幫忙執行工作。需要什麼工具,幾乎是 100% 可以買到,真的是非常好的研究環境。」

施敏提到,他們實驗室的工作守則是:Welcome(歡迎)、Inspired(啟發)、Abundant(豐富)和 Assistant(協助)。即是:資源充沛、觀點多元又開放包容的環境,並鼓勵所有成員追求創新和團隊合作。他特別感謝當時兩位部門主管 Bob Ryder 博士和 George Smith 博士,這兩位老闆人都很好,很樂意幫忙解決問題,甚至還同意他留職停薪五次,讓他有空檔可以如願回臺灣教書,培育下一代英才。施敏坦言,「以現代工作來說,這是幾乎不可能的事情,很感謝他們!」

「Bell Labs 的文化,對我以後的教育工作和寫書都有很大影響」,施敏說道。

施敏院士任職貝爾實驗室期間之照片。1967 年施敏院士在貝爾實驗室主管 Bob Ryder 博士支持下開始寫書,1969 年出版《半導體元件物理學》時,那年他才 33 歲。 圖|陽明交通大學電機學院提供
施敏院士任職貝爾實驗室期間之照片。1967 年施敏院士在貝爾實驗室主管 Bob Ryder 博士支持下開始寫書,1969 年出版《半導體元件物理學》時,那年他才 33 歲。
圖|陽明交通大學電機學院提供

非揮發性半導體記憶體的始祖:「浮閘記憶體」誕生!

施敏與姜大元的合作可以說是半導體歷史上的重要里程碑。他們兩人在貝爾實驗室共同發明了「浮閘非揮發性半導體記憶體」(Floating-Gate Non-Volatile Semiconductor Memory,簡稱浮閘記憶體),這是人類史上第一個小型非揮發性記憶體,而且可以使用半導體的平面化製程量產。

我們現在每天大量使用的手機、平板電腦、筆電、穿戴式裝置、數位相機和遊戲機等各種 3C 電子產品,這些產品儲存的資料不會因為沒電就消失,其核心技術的起源就是「浮閘記憶體」。

現在我們每天都在用的固態硬碟,即是浮閘記憶體技術的應用。圖中人物手持的固態硬碟是採用最新的 3D 非揮發記憶體堆疊技術,容量達 8 TB,可用於高效能伺服器儲存。圖|李義明教授、群聯電子提供
現在我們每天都在用的固態硬碟,即是浮閘記憶體技術的應用。圖中人物手持的固態硬碟是採用最新的 3D 非揮發記憶體堆疊技術,容量達 8 TB,可用於高效能伺服器儲存。
圖|陽明交大李義明教授、群聯電子提供

浮閘記憶體是一種非揮發性記憶體,意思就是當你儲存資料在機器,機器關機或沒電時,資料不會消失,資料可以長期保存在記憶體元件裡面。此外,施敏和姜大元設計的浮閘記憶體結構,可以使用半導體製程,讓非揮發性記憶體可以微小化,實現高密度和大量生產。

施敏提到,在 1960 年代,當時的電腦和通訊系統所採用的非揮發性記憶體是「磁圈記憶體」(Magnetic Core Memory, MCM),由中國科學家王安發明,但是磁圈記憶體有很多缺點,體積大、非常耗電,儲存資料和讀取資料都非常慢,而且不相容於半導體量產製程。

圖片中間為 SanDisk 容量 8 GB 的記憶卡,可記憶 80 億個位元組。在記憶卡的下方,即是早期的磁圈記憶體,共有 8*8 個磁圈,每個磁圈只能記憶 1 位元,可記憶 64 位元,共 8 個位元組(8B, 8 byte)。科技世代的演變,讓小小的記憶卡能夠記住龐大資料量。圖|Wikimedia(CC BY 2.0)
圖片中間為 SanDisk 容量 8 GB 的記憶卡,可記憶 80 億個位元組。在記憶卡的下方,即是早期的磁圈記憶體,共有 8*8 個磁圈,每個磁圈只能記憶 1 位元,可記憶 64 位元,共 8 個位元組(8B, 8 byte)。科技世代的演變,讓小小的記憶卡能夠記住龐大資料量。
圖|Wikimedia(CC BY 2.0)

施敏和同實驗室的姜大元,當時他們小組專注在金氧半場效電晶體(MOSFET)的研究(註2)。他們想要嘗試做出更輕巧更省電的半導體元件,來取代磁圈記憶體。從 1966 年底到 1967 年的春天,他們嘗試了各種組合,例如使用蕭特基二極體(Schottky diode)搭配 MOS 電容(Metal-Oxide-Semiconductor capacitor),想要做出非揮發性記憶體的效果,結果都不可行。

直到 1967 年 3 月,施敏和姜大元在默里山附近的咖啡廳用完午餐,姜大元因為還沒吃飽,就點了一個四層的起士蛋糕。他們看著蛋糕,就想到:如果在金氧半場效電晶體(MOSFET)的三層結構中,再塞入一層金屬層(也就是「浮閘」)會發生什麼事?

世界上第一個浮閘記憶體之截面圖,1967 年由施敏和姜大元開發。從 MOSFET 到浮閘記憶體的創新思維,就像在原本的三層蛋糕中,加入了一層特別美味的浮閘金屬層。 圖|研之有物(資料來源|75th Anniversary of the Transistor)
世界上第一個浮閘記憶體之截面圖,1967 年由施敏和姜大元開發。從 MOSFET 到浮閘記憶體的創新思維,就像在原本的三層蛋糕中,夾入了一層特別美味的浮閘金屬層。
圖|研之有物(資料來源|75th Anniversary of the Transistor

如上圖,浮閘記憶體的浮閘金屬層,就設計在 MOSFET 的氧化層中間,原本 MOSFET 結構是「控制閘金屬-氧化物-半導體」,施敏他們將氧化物那層一分為二,結構變成「控制閘金屬-氧化物-浮閘金屬-氧化物-半導體」。

至於「浮閘」,施敏說因為浮閘金屬沒有直接連接到電路,它的電壓會受到周圍電壓的影響,電壓是浮動的。理論上,浮閘金屬層可以長期儲存電荷(即儲存資料),即使斷電也不會消失,這就是施敏想要的「非揮發性」。

在施敏和姜大元開始著手設計記憶體元件時,一開始他們選用鎢(W)作為浮閘金屬材料,但是鎢的氣化溫度太高,很難做化學氣相沉積(CVD)。後來實驗室的 Marty Lepselter 博士建議,浮閘金屬應該可以用鋯(Zr),鋯相對容易蒸發,而且鋯的表面在氧氣環境中,可以形成氧化鋯(ZrO2),作為上層氧化層結構,進一步簡化製程。

最後,施敏和姜大元終於順利做出最早的浮閘記憶體,可以成功儲存資料超過一個小時以上,論文發表在 1967 年 5 月的《Bell System Technical Journal》。施敏強調,當時半導體儲存電子的平均時間是「毫秒」,能儲存一個小時,已經是原先時間長度的 360 萬倍!

施敏和姜大元的浮閘記憶體,作為史上第一個非揮發性的半導體記憶體,本來是想要取代笨重的磁圈記憶體,但後來沒有成功。施敏表示,在浮閘記憶體發表的兩個月之後,IBM 推出動態隨機存取記憶體(DRAM),DRAM 是揮發性記憶體而且非常耗電,但是過去人們並不追求省電和行動需求,於是磁圈記憶體迅速被取代,DRAM 發揮了其超快讀寫速度(每秒數十個 GB)和低成本的優勢。

那浮閘記憶體就沒戲唱了嗎?當然不是,施敏他們沒想到的是,浮閘記憶體的發明,成為後來 EPROM、EEPROM 和快閃記憶體(Flash Memory)的基礎,影響了所有的電子產品和行動裝置。(低頭看看你的手機,裡面就有浮閘記憶體喔!)

圖片為浮閘記憶體的資料寫入和刪除原理。我們只要將很多顆記憶體元件串聯起來,就可以記住很多個 0(OFF)和 1(ON)。浮閘記憶體雖然是非揮發性的,但無法永久記憶。隨著時間過去,氧化層會慢慢損耗,尤其是經常有電子穿越的下層氧化層,所以浮閘記憶體會有使用年限。 圖|研之有物(資料來源|施敏演講資料《邂逅數位電子時代》)
圖片為浮閘記憶體的資料寫入和刪除原理(示意圖)。我們只要將很多顆記憶體元件串聯起來,就可以記住很多個 0(OFF)和 1(ON)。浮閘記憶體雖然是非揮發性的,但無法永久記憶。隨著時間過去,氧化層會慢慢損耗,尤其是經常有電子穿越的下層氧化層,所以浮閘記憶體會有使用年限。
圖|研之有物(資料來源|施敏演講資料《邂逅數位電子時代》)

浮閘記憶體的數位革命

浮閘記憶體屬於非揮發性記憶體,它讓機器擁有「可編碼的預設知識」,研發人員可以將機器的指令寫入浮閘記憶體。例如:我們平常用的洗衣機,按下預設功能按鈕,機器就能區分浸泡模式和速洗模式。電腦開機時優先啟動的 BIOS,也使用浮閘記憶體來記住使用者的硬體偏好,確保每次開機時都維持相同的設定。

浮閘記憶體不僅在家電和電腦中有廣泛應用,更讓行動裝置變得可能。由於浮閘記憶體具有省電和可垂直堆疊的高密度設計,我們的手機才能輕易記住多達 256 GB 的資料,即使手機沒電時,所有資料也都會好好的存在裡面。

雖然浮閘記憶體的操作速度不像 DRAM 那麼快,但現今使用浮閘記憶體技術的固態硬碟(SSD),已經至少能達到每秒 1 GB 的讀寫速度。更關鍵的是,浮閘記憶體和 DRAM 都能相容 MOSFET 製程,充分降低生產成本,大量製造。

施敏強調,浮閘記憶體的結構幾乎和 MOSFET 一樣,可以直接沿用電晶體的產線來量產,只要在下層氧化層製程後面,覆蓋一層浮閘金屬,其餘步驟就和電晶體製程相同。而這個小小的改變,帶來巨大的影響。

圖片顯示 NAND 快閃記憶體和傳統硬碟每 GB 容量所花費成本(美元),可以看到隨著時代及技術演進,成本愈來愈低,而且兩邊的成本也愈來愈靠近。圖|研之有物(資料來源|75th Anniversary of the Transistor)
圖片顯示 NAND 快閃記憶體和傳統硬碟每 GB 容量所花費成本(美元),可以看到隨著時代及技術演進,成本愈來愈低,而且兩邊的成本也愈來愈靠近。
圖|研之有物(資料來源|75th Anniversary of the Transistor

全世界第一個應用浮閘記憶體技術的廠商,就是我們都很熟悉的任天堂。施敏表示,1983 年任天堂在家用遊戲機「紅白機」率先採用了浮閘記憶體,讓玩家的遊戲紀錄可以暫存在硬體中。

接著 1984 年,浮閘記憶體應用於個人電腦的 BIOS(基本輸入輸出系統),以便在開機時優先啟動。1989 年,Nokia 開始把浮閘記憶體放入手機。施敏認為,正是手機的應用,讓浮閘記憶體在 1990 年代開始大規模普及。

1995 年左右,消費級數位相機開始導入浮閘記憶體儲存技術(例如 CompactFlash 卡SmartMedia 卡),帶動日後數位相機記憶卡的研發。1998 年 GPS 車用導航裝置逐漸普及,採用浮閘記憶體,以避免車輛震動影響儲存品質。2000 年之後,USB 介面的隨身碟開始出現。2007 年智慧型手機誕生,第一支 iPhone 問世。此後,浮閘記憶體幾乎無處不在。

至於個人電腦和筆記型電腦,則是在近 10 年才逐漸改用浮閘記憶體技術做大容量儲存。過去都是用傳統機械式磁碟來記錄資料,因為成本比較低。隨著半導體技術的進展,浮閘記憶體的成本愈來愈低,以前 1 TB 的固態硬碟要價近萬元臺幣,現在只需要三千多元,固態硬碟逐漸取代傳統磁碟,成為電腦的主要儲存裝置。

施敏的浮閘記憶體技術,影響了近代所有的數位電子產品和行動裝置。圖|研之有物
施敏的浮閘記憶體技術,影響了近代所有的數位電子產品和行動裝置。
圖|研之有物

大師級教科書:《半導體元件物理學》

施敏寫過最經典也最暢銷的一本教科書,相信全世界學習半導體的人都有唸過,就是:《半導體元件物理學》(Physics of Semiconductor Devices),是所有相關領域專業人士必唸的聖經本。

訪問中施敏坦言,寫書其實與貝爾實驗室有密切關係。貝爾實驗室的政策,要求每一位研究員每年都要在實驗室內開設或選修一門課。當時施敏想:如果要開課,就來開半導體元件物理學好了,講講元件物理吧。在他開始去圖書館找資料時,他發現貝爾實驗室雖然有全世界半導體的教科書,但是幾乎都只討論「電晶體」,而沒有討論其他元件。於是,施敏開始撰寫講義,並在上課時發給同事。

因為課程迴響不錯,有同事建議他將講義改編成一本書,並介紹他認識在 Wiley 出版社的編輯。施敏寄了一百多頁的講義給編輯,結果第二天編輯就打電話過來,表示非常有興趣。於是,施敏就開啟了寫書的旅程。施敏說,那時候差不多是 1967 年,距離發明電晶體已經 20 年,全世界和半導體元件有關的文章大概是 2,500 篇,他全部印下來一篇一篇讀。

撰寫這本書的過程非常辛苦,施敏表示他沒有寫書的經驗,只能慢慢將講義轉換成書稿,寫書的過程大概花了他三千個小時的時間。寫書期間,施敏還答應了臺灣交通大學董浩雲的講座,隔年要親自到交通大學任教一年。

施敏說當他剩下差不多五個月截稿時,有責任感的他開始加緊腳步。最後三個月,他每天晚上七點從實驗室回家,此時小孩已經睡了;隔天早上六點他繼續再到實驗室寫書,就這樣連續三個月沒有見到他的小孩。

施敏和兒女的感情相當好,他們從 1968 年起,每十年拍一張照片,皆由施敏院士的夫人王令儀女士拍攝。 圖|陽明交通大學電機學院提供
施敏和兒女的感情相當好,他們從 1968 年起,每十年拍一張照片,皆由施敏院士的夫人王令儀女士拍攝。
圖|陽明交通大學電機學院提供

終於,施敏在 1968 年 7 月順利完成英文版書稿,但他也累壞了。訪談中施敏提到,當時覺得渾身不舒服,醫生說他過度疲勞,需要調養身體。雖然寫書非常辛苦,但不意外地,出版之後銷量很好,施敏的書整理了半導體元件中最重要的知識,很快地翻譯成各國語言,包括日文、韓文、西班牙文、俄文以及中國版和臺灣中文版。

隨著半導體領域的快速發展,施敏繼續撰寫了第二版、第三版,甚至最新的第四版(2021年)。施敏表示,從 1947 年發明電晶體到他 1969 年出版第一版,過去每年只有約 100 篇半導體元件的文章。然而,在 1981 年他寫第二版時,全世界每年已有 3,000 篇相關文章。到了 2006 年他和 Kwok K. Ng 合寫第三版時,每年已有 8,000 篇文章。最近的第四版是 2021 年出版,這段期間每年平均有 5 萬篇以上的半導體文章。

知識量的爆炸,更考驗寫書人的功力。施敏表示,一般學生根本不可能有時間讀完那些文獻,所以他寫書的最大貢獻就是幫大家從資料大海中整理約 1,000 篇的精彩文章,為學生提供了很好的參考來源。因為如此,施敏說,他這本書在工程和應用科學領域被引用的次數已經超過 65,500 次(2023 年 7 月)。

有趣的是,施敏的第三版書,在臺灣被學生們稱為「爌肉本」。因為臺灣中文版的第三版封面是故宮博物院的肉形石,很生動地表現出浮閘記憶體的多層結構,施敏笑著說「肉形石很漂亮,最上面的皮就像控制閘,下面一層脂肪就是氧化層,中間的瘦肉就是浮閘,再下面一層脂肪又是一個氧化層。最下面看不到的基座則代表半導體基版。是不是很像浮閘記憶體呢?」

施敏的第三版《半導體元件物理學》,在臺灣被學生們稱為「爌肉本」。過去無論是學生想要在半導體材料深入研究,或是想要報考固態電子工程研究所,這本書都是必備教材。目前最新版為第四版。 圖|陽明交通大學出版社
施敏的第三版《半導體元件物理學》,在臺灣被學生們稱為「爌肉本」。過去無論是學生想要在半導體材料深入研究,或是想要報考固態電子工程研究所,這本書都是必備教材。目前最新版為第四版。
圖|陽明交通大學出版社

作育英才:永遠的半導體大師

(在本文出版之前,施敏已經在 2023 年 11 月 6 日安詳辭世,享壽 87 歲。)

關於施敏大師的事情,可以說的實在太多。施敏不僅發明了影響全世界的「浮閘記憶體」,還撰寫了全球暢銷的半導體物理教科書,而且他更回饋社會,在臺灣交通大學培養了無數的半導體人才。

施敏分享,當時受到交大朱蘭成教授的請託,請他指導工學博士。他遇到的第一位是張俊彥(後來成為交大校長),給的題目是關於金屬半導體中間的輸送現象。張俊彥相當厲害,一年內就把文章完成並發表在固態期刊,1970 年拿到博士學位,張俊彥於是成為臺灣有史以來第一位工學博士。張俊彥後來推動「臺灣半導體研究中心」的建置,更在交大成立「國家奈米元件實驗室」(NDL),奠定了臺灣半導體的研究基礎。

俗話說有一就有二,施敏後來指導的第二位工學博士,就是大名鼎鼎的陳龍英教授。當時交大致電施敏指導第二位學生時,他說「可以阿,到我實驗室來做好了。」貝爾實驗室總經理 James Brown Fisk 也一口答應,告知學生的旅費、生活費或國際交流講座都不用擔心。陳龍英教授就遠赴美國接受施敏的指導,完成博士論文。後來陳龍英成為臺灣學界公認的電子學名師,他不斷調整教學方法,為了讓學生能夠理解抽象的電子學概念,《陳龍英的電子學》已經成為教學經典,要理解電子學的人,一定會去參考這份教材。

在訪談中,聊到半導體為何能成為臺灣的關鍵產業時,施敏認為當時孫運璿部長扮演了至關重要的角色。施敏提到,他在孫部長做決策時提供了許多建議,而孫部長則是讓政府全力支持半導體產業的人。正因如此,工研院才能派人前往 RCA 受訓,最終促成了臺灣半導體產業的興起。

施敏進一步說,「現在情況不同了,台積電已經是世界第一,第一的意思就是你已經沒有可以學習的對象了。你必須用自己的工程人員,以自己的方法來發展所有最新的科技,這需要最好的人才才能做到。」施敏謙虛地說,「在培育臺灣人才這方面,我也是有點貢獻的。而且我寫的那些教科書應該也是蠻有用的。」

施敏說:「台積電已經是世界第一,第一的意思就是你已經沒有可以學習的對象了。你必須用自己的工程人員,以自己的方法來發展所有最新的科技,這需要最好的人才才能做到。」 圖|Wikimedia(CC BY-SA 4.0)
施敏說:「台積電已經是世界第一,第一的意思就是你已經沒有可以學習的對象了。你必須用自己的工程人員,以自己的方法來發展所有最新的科技,這需要最好的人才才能做到。」
圖|Wikimedia(CC BY-SA 4.0)

半導體是不斷變化的高科技領域,材料從最早期的矽,到第二代的砷化鎵,再到第三代材料如氮化鎵和碳化矽等,這些新材料都需要大量的頂尖人才來開發新的製程和元件。

在這樣的背景下,如何培養優秀的半導體人才就成了重要議題,施敏認為,學生在求學階段需要先打好數學、物理和英文的基礎,積極參加國際會議,和各國專家交流,最後才能成為一名合格的半導體專家。

他很高興看到臺大、清大、交大和成大都開始成立半導體學院,他相信半導體未來幾十年對整個國防和民生依然非常重要。「成功的關鍵在於人才」施敏說道。

訪談的尾聲,我們請施敏分享他如何保持科學的熱情和創造力。他說一個是音樂,施敏從小學習口琴,高齡 87 歲的他依然常常拿出口琴吹奏,口琴始終是陪伴他的好朋友。而他也和史丹佛大學的教授學書法,他認為書法可以平心靜氣,訓練自己專注。

另一個則是教書。「教書時你就永遠和年輕人在一起,這很重要。我教的是半導體元件物理和積體電路製程,這應該是半導體產業最上游的工作了,要帶給人類更好的生活,第一步就要先做成功。」施敏自信地說。

在訪談結束時,施敏依然充滿熱情地分享各種半導體的知識,也期待很看到文章的刊出。最後,謹以此文,紀念施敏,永遠的半導體大師。

 

 

註1:在施敏畢業之後,John Moll 也指導了台積電創辦人張忠謀(1964 年畢業),以及華泰電子創辦人杜俊元(1967 年畢業)。

註2:MOSFET,即「金氧半場效電晶體」,就是採用金屬、氧化物和半導體組成的電晶體,只要調整閘極金屬的電壓,就可以控制半導體的電流。MOSFET 是現代電腦處理器和記憶體不可或缺的元件之一。

2024-07-31

採訪撰文|簡克志
責任編輯|簡克志
美術設計|蔡宛潔
文章審定|國立陽明交通大學李義明教授(《半導體元件物理學》第四版共同作者)

延伸閱讀

訂閱電子報

立即訂閱研之有物電子報,一起探索這世界