臺大參與國科會建置APT 突破半導體元件解析侷限

2023/5/4

臺大工學院材料科學與工程學系教授顏鴻威簡報介紹原子針尖斷層影像儀。

 

　　次世代半導體元件持續性地演進，為提升元件積體密度必需將尺寸微縮化、材料異質化及結構立體化等，但也帶來材料分析技術的全新挑戰。

　　國科會推動「突破半導體物理極限與鏈結 AI 世代計畫」，規劃布局一種擁有高解析度、高偵測極限及三維度資訊的材料與元件分析技術，由國家實驗研究院台灣半導體研究中心（國研院半導體中心）、臺灣大學、清華大學及陽明交通大學共同建置「原子針尖斷層影像儀」（Atom Probe Tomography 以下簡稱 APT），希望藉此建立領域專家系統與研究服務平台，加速高階技術人才培育與半導體物理突破。

　　原子針尖斷層影像儀（APT）是一種極致前瞻的（state-of-art）材料分析技術，能夠解析材料或元件微觀區域的三維原子分佈，其空間解析度可達原子級，而其成分濃度偵測極限可達近 20 ppm，APT 已經被應用在材料、元件、地質、生物等物質的微觀分析。由於 APT 獨特地整合優異的空間解析度與成份偵測極限，使它成為次世代半導體元件研發之關鍵技術。此次 APT 建置代表臺灣在半導體中材料分析技術上的一個躍進，也象徵在半導體元件持續的演進的同時，臺灣能有相對應的技術來進行材料分析。

　　這座設立在國研院半導體中心的APT系統，是臺灣第一個公開的產學研合作研究平台，在國家的發展上，不僅對於半導體產業有所助益，更可擴展至多種前瞻應用材料，包含金屬鋼鐵材料、光電材料、能源材料等方向。此外，國內所建置的 APT 與國研院半導體中心的研究資源整合，是世界上少數專攻半導體材料的 APT 研究平台，臺灣大學將其整合穿透式電子顯微鏡 TEM 分析，以 APTEM（APT+TEM）分析技術提供元件與材料完整的微觀分析案。

　　臺大工學院材料科學與工程學系教授顏鴻威表示，半導體元件發展趨勢是微縮化、材料異質化、立體化，因此在檢視上形成困難，必須要能看的到材料的顯微結構，了解其變化，才有辦法驗證或進行控制，使用APT是兼顧多項優點的最好選擇，有很好的設備做研究及分析。未來建立起APT服務平台，進行整體半導體包含製程、性能量測、結構分析等整合性研究，能提升多方人才的培養；包含臺大等各大學，也會集合相關貴重儀器，針對前瞻和困難的案例來做突破。

　　APT 系統不僅是未來半導體所需的關鍵材料分析技術，更將拓展前瞻材料發展的創新思維，同時也能成為材料科學人才培育的重點，次世代專業人才得以永續經營。

 

臺大工學院材料科學與工程學系教授顏鴻威實際操作原子針尖斷層影像儀。

 

臺大工學院材料科學與工程學系教授顏鴻威實際操作原子針尖斷層影像儀。

 

原子針尖斷層影像儀。

 

臺大工學院材料科學與工程學系教授顏鴻威觀察原子針尖斷層影像儀。