奈米製程技術新突破!台積電、交大找出關鍵材料首登國際期刊《自然》
奈米製程技術新突破!台積電、交大找出關鍵材料首登國際期刊《自然》

當半導體先進製程持續發展,晶片的尺寸也逐漸縮小,每次製程的演進都有許多技術需要突破,晶圓代工龍頭台積電也無可避免要投入大量研發能力來「超前部署」、解決可能在5奈米、3奈米出現的技術瓶頸。

台積電攜手交大登期刊《自然》
台積電在科技部「尖端晶體材料開發及製作計劃」的支持下,與交大的研究團隊合作,發表的最新研究登上國際頂尖學術期刊《自然》(Nature)。
圖/ 簡永昌攝影

台積電技術發展組織李連忠處長表示,除依賴公司內部研發團隊外,與學術界攜手、善用學術界的研究能量突破技術瓶頸也是一種方法,因此近期台積電在科技部「尖端晶體材料開發及製作計劃」的支持下,與交大的研究團隊合作,共同進行單原子層氮化硼的合成技術研究,成功開發出大面積晶圓尺寸的單晶氮化硼,未來將有機會應用在先進的邏輯製程技術上。台積電更是首次與產業合作的研究成果,被刊登於國際頂尖學術期刊《自然》(Nature)。

步入三奈米製程,「氮化硼」成絕緣體材料新解

氮化硼(BN)並非全新材料,之所以重要是因為其具備良好的散熱效果,更是絕佳的絕緣體材料選擇。先進製程中會需要絕緣體的存在,通常是要協助電子能順利通過晶片裡的通道,

當製程持續往下走、通道勢必越來越小,若沒能靠更好的絕緣體排除掉可能依附的電荷所造成的阻礙,晶片的效能表現將會大打折扣。

先進製程步入3奈米以後,李連忠表示過去7奈米、5奈米時所採用的絕緣體材料如氧化物等將不再適用,原因出在過去的氧化物絕緣體都是三維絕緣體,它們像是一個3D的概念、容易有其他鍵結讓晶片中的電荷依附,造成電流不易通過。

三奈米以後的製程偏向二維半導體,類似一個非常薄的架構、趨近於平面,因此李連忠提到這樣的情況需要採用的是同為二維絕緣體的材料,氮化硼正是一個好的解決方式。

即便半導體業界都知道要採用「氮化硼」作為未來先進製程可能的絕緣體材料,不過技術上依舊無法突破,這也是為什麼這次台積電與交大攜手研究的成果能刊登上《自然》期刊的主因。

不只找出絕緣體材料,如何大量生產才是關鍵

李連忠說到,過去氮化硼的生長只能長成一個不規則的晶體,若要將氮化硼真正應用到晶圓片上,就只能將不規則晶體的氮化硼撕下來貼在晶圓片上,不但效率不彰,大小不一的氮化硼也很難滿足半導體製程所需,因此若能直接在晶圓上直接生長,將能有效解決問題,只是該如何在晶圓上合成高品質單晶的單原子層氮化硼?

李連忠說過去已知的就是利用銅這個材料,但是不同晶面的銅都會影響後續的表現跟價格。

台積電晶圓代工
能成功登上《自然》最主要的原因在於台積電跟交大發現,絕緣體材料氮化硼可以透過高溫高壓的方式,藉由銅(111)在晶圓上合成高品質單晶的單原子層氮化硼。

就以銅(111)來說,是作為合成絕佳選擇,因為它容易取得且穩定,對於未來可能要步入商業化的量產來說,是比較恰當的研究選擇。

成功突破過去技術瓶頸的關鍵,李連忠表示是研究團隊發現銅(111)的表面並不是完全平面、而是有類似像階梯的模樣,因此將氮化硼分子依附在這些階梯的邊緣處,並將這個類似階梯表面的銅(111)先規劃好後,氮化硼就能在高溫高壓的處理下於晶圓上被合成、進而達成大面積晶圓尺寸的單晶氮化硼。

參與此次研究的交大教授張文豪表示,目前實驗室裡面是採用2吋晶圓片的大小做實驗,未來要複製到其他尺寸的晶圓片應該也不是問題。對於正積極佈局3奈米研發的台積電來說,此發現無疑是對接下來3奈米可能遇到的瓶頸找到出口。

半導體材料有新變化?矽可能走到盡頭

面對材料在半導體業界的重要性逐步提升,李連忠也透露矽在半導體已經有好幾十年的應用,若要用全新的材料來取代矽其實也是一大工程,因為周邊技術都需要改變、也需要花時間去應證新材料是否真的能有預期中的表現。目前業界以及相關的會議如IEDM等都對於矽材料有走到盡頭的預測,因此尋找新材料刻不容緩。

台積電透露,目前內部有將近1/10的人力、約6000-7000人投入研發工作。受到疫情影響,每年3月展開的校園徵才預計將視疫情的狀況延後舉辦,屆時將會再募集一批生力軍。

責任編輯:陳映璇

關鍵字: #台積電 #科技部
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直播霸主圓剛科技以全方位產品,化身創作者的「解憂雜貨店」
直播霸主圓剛科技以全方位產品,化身創作者的「解憂雜貨店」

當觀看與被觀看成為當代人的日常時,直播早已褪去昔日單純的娛樂外衣,從 Twitch 上挑燈夜戰的電競實況、YouTube 的第一手開箱、TikTok 與 Instagram 隨手刷過的短影音,到現今風靡全球的電商帶貨——直播不僅重塑了人們的視覺感受,更淬鍊出一條成熟蓬勃的商業路徑。

「現在是全民直播的時代!」台灣直播設備龍頭圓剛科技全球品牌行銷處處長蔡柏輝說。在台灣影像擷取盒、擷取卡市場,搶下超過 90% 市占的圓剛,是眾多螢幕後,撐起無數流暢畫面的關鍵推手,就連在日本、韓國也有很高市占率,不論是剛敲開創作大門的新手,或是專業級的直播團隊,圓剛以全方位產品線,滿足不同創作者對影音設備的需求。

MIT 高品質研發,提供創作者直播台上的安心感

從電視盒起家的圓剛,始終專精「訊號轉換與整合」技術,早在 15 年前,便踏入直播市場,靠著百分百 MIT 研發高品質,拿下龍頭地位。在占有率幾乎觸及市場天花板之際,「我們現在追求的,是拓展更多不同領域的使用者,以及深入更多不同的直播場景。」

這些年,圓剛觀察到直播趨勢轉變。蔡柏輝打趣道,早期的遊戲直播多半是「一個人在昏暗房間裡默默開台」;時至今日,這股風潮早已跨出房門,延伸至客廳、戶外,成為大眾都能參與的影音浪潮。承載內容的平台也從桌上型電腦,擴展至遊戲掌機、家用遊戲機和智慧型手機,直播型態與使用者需求也開始走向分眾。

蔡柏輝觀察,對剛踏入直播領域的新手來說,最大的心理障礙往往來自對設備不確定性的恐懼,「最怕開播時,觀眾聽不到聲音或畫面卡頓。我們想給創作者的是,『三分鐘輕鬆搞定』的從容與信任感。」

而對頂尖實況主與專業直播團隊來說,設備則是不能有絲毫閃失的「生財利器」。專業直播主高度追求流暢幀率與畫質細節,唯有極致的視覺體驗,才能吸引觀眾留存並化為實質贊助與互動。更重要的是,長達數小時的高強度直播,不能出現黑屏或無預警斷線,一旦畫面中斷,累積的流量和觀眾也瞬間消失。

針對不同成長階段的直播主,圓剛提供從 1080p 到 4K144 的擷取盒畫質,滿足從入門到細緻畫質的需求,高規格的產品穩定度,確保長時間直播不黑屏卡頓,許多產品更提供長達「3+2」5 年保固,「我們敢喊5年,就是對自己的產品很有信心!」這正是圓剛高品質與高穩定的最好證明,「我們賣的不是冷冰冰的產品規格,而是創作者的夢想與直播台上的安心感。」

從規格堆疊走向場景拆解,滿足不同直播應用

「圓剛這幾年做的不是一直堆疊規格,而是場景拆解。」嗅到行動世代對攜帶性與靈活度的渴望,圓剛特別打造「GO 系列」產品線( GC313Pro、GC313 ),高度整合多元功能,身兼 USB-C 影像擷取/傳輸、螢幕跨屏輸出和 100W 快充技術,把繁複線材與驅動程式全都收納進一個掌心大小的充電頭裡,極致輕巧方便攜帶。

圓剛「GO 系列」GC313Pro 高度整合多元功能,身兼影像擷取/傳輸、螢幕跨屏輸出和 100W 快充技術
圓剛「GO 系列」GC313Pro 高度整合多元功能,身兼影像擷取/傳輸、螢幕跨屏輸出和 100W 快充技術,滿足電力與資料傳輸需求的全方位解決方案。
圖/ 數位時代

蔡柏輝分享,創作者在直播 Switch 或手機遊戲畫面時,最怕連接埠占滿而電量枯竭,「GO 系列」讓使用者能「邊直播邊充電」,解決使用痛點,還有很多靈活應用,像是在國外旅遊時,可將手機螢幕投放至飯店電視,直接用大螢幕觀看 Netflix,避免在其他裝置登入 Netflix 個人帳密的風險,「不只滿足直播需求,也能充電、小螢幕轉大螢幕,拓展更多使用情境。」

為了解決直播設備軟硬體複雜的相容性問題,圓剛也不斷擴充產品線,蔡柏輝笑說,「我們稱作『直播三寶』!」在影像擷取外,還提供各種規格的視訊鏡頭與高音質麥克風,其中,台灣市場熱銷產品之一的 AM310G2 麥克風,以高性價比廣受歡迎,首代產品全球累計銷量突破10萬支,第二代也延續市場熱銷氣勢,透過麥克風輕鬆連接手機,從直播到行動唱歌都能滿足。相比創作者過去必須東拼西湊不同品牌、解決多個軟體衝突問題,圓剛透過三位一體的完整配置,成了台灣極少數能提供一站式直播生態系的品牌。

有了高品質硬體後,圓剛又以自主研發的直播軟體平台「直播大師 Streaming Center」,協助使用者軟硬整合,省去安裝繁瑣的驅動程式,透過直覺易上手的介面,連接上直播設備後,便會自動完成基礎設置,同時只要一個按鈕就能一鍵切換鏡頭特寫、AI自動降噪去背景雜音、甚至微調人像膚色,蔡柏輝比喻,「直播大師就是創作者的個人導播。」透過軟體輕量化與一站式整合,圓剛也把電腦寶貴的運算效能,最大化發揮在遊戲和直播上。

布局全球電商與商業活動直播,讓直播體驗深入各行各業

面對近年興起的電商直播帶貨,圓剛也積極佈局。蔡柏輝指出,與其他直播領域相比,電商直播更在意能否精準還原色彩、細節和清晰畫質,因為這不只攸關畫面表現,更是決定成交與否的關鍵,「電商最怕退貨,如果消費者收到的實品跟鏡頭前不一樣,對品牌信任度也會瞬間瓦解。」

圓剛的高階擷取卡支援 RGB24 無損色彩還原,能將商品最真實的細緻色彩忠實呈現;針對動輒數小時的直播馬拉松,也打造高效散熱機制,確保賣家可長時間穩定使用,甚至還能延伸至醫療與科研診斷領域,像是當醫生透過畫面看病理切片時,同樣提供毫釐不差的精準度。針對電商帶貨直播發展火熱的亞洲市場,圓剛也推出旗艦級擷取卡產品,支援多機位擷取、橫豎屏同步直播,並輸出至多個直播平台,同時又兼具高性價比。

在消費市場扎穩根基後,圓剛也正將產品優勢一步步延伸至企業與商業直播領域,像是企業透過直播宣傳產品,或是各式活動現場直播,如演講、論壇甚至畢業典禮,透過提供適切的軟硬體解決方案,展現跨越多元情境的影音實力,讓高品質的直播體驗深入各行各業。

「我希望圓剛可以成為創作者的解憂雜貨店!」蔡柏輝指出,從個人到商用,從單人到團隊,從遊戲直播到企業直播,圓剛都能滿足不同需求,解決各種疑難雜症,甚至針對還未開始直播事業的人,也能提供硬體搭配建議,「創作者只要負責發光發熱,剩下 99% 的繁雜技術,圓剛在背後全幫你簡單搞定!」從敲開創作大門的第一張擷取卡,到支撐商業王國的直播系統,未來圓剛將以全方位的影音設備,持續陪伴創作者在影音時代中綻放耀眼光芒。

圓剛科技全球品牌行銷處處長 蔡柏輝
圓剛科技全球品牌行銷處處長 蔡柏輝
圖/ 數位時代

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