新竹清華一甲子(八): 旅美十年 (三)
與梅爾教授合影
以色佳湖邊
住屋前
與李恆德院士攝於三峽
兩位幼兒與梅爾教授和杜經寧院士
在Ancona大學會 Majni教授
與吳逸蔚博士攝於全錄研究中心
與陳超乾系友會會長頒發獎學金
與學生們在矽谷相聚
與父親和家兄一家攝於加州
在清華，初期研究主要方向是關於金屬材料的機械性質，但漸轉向半導體材料。一方面是半導體材料應用正趨勃發階段，一方面也因為清華擁有離子佈值加速器以及電鏡設備，也就是研究離子佈值矽缺陷的基本設備，正好發揮我利用電鏡分析材料中缺陷的專長，因而轉向非常順利。
在離子佈值矽研究領域中的巨擘之一是美國康乃爾大學材料系的梅爾 (James W. Mayer，Jim) 教授，他與當時在 IBM 華森 (Watson) 研究中心的杜經寧博士同是金屬矽化物研究的先驅。經由杜經寧博士的推介，我於一九八零年十月到康乃爾大學擔任訪問學者一年，正式開啟研究金屬矽化物的工作，並持續約二十年之久。
二十五、梅爾教授
梅爾教授於 1981年榮獲材料研究學會頒發的 Von Hippel獎，以表彰他「在離子植入領域的研究，該研究揭示了對半導體行業至關重要的損傷和再生長磊晶現象，並率先將離子束技術應用於材料分析」，同時也在矽晶金屬接觸方面做了許多先驅性研究工作。由於他的多項關鍵貢獻，被選為美國國家工程院院士。
Jim 曾在加州理工學院 (California Institute of Technology, Caltech) 任教多年，由康乃爾大學延聘為講座教授，僅比我早到校幾個月。他從 Caltech 帶來一座加速器，適合做離子背向散射 (RBS) 分析用，另外帶來幾個學生，反應在美國教授轉換學校的彈性。
他也是一位優秀的教師，指導大學生和研究生都非常出色，經常在晚上回到實驗室指導研究生。同時他還指導許多訪問學者和博士後，其中大多數人後來都成為了他的終身摯友。此外，他還創立了皇家波西米亞物理學會 (Royal Bohemia Physical Society)，旨在促進從事此類研究的科學家和工程師之間的資訊交流。我也因此結識許多相關研究學術界巨擘與先進 (Who’s Who)，對以後學術生涯進展有很大的幫助。
二十六、金屬矽化物
在康乃爾大學，漸熟悉新環境以及可能的研究課題後，決定將重點放在金屬矽化物研究。
在積體電路中，矽晶元件接觸、閘極、元件間連線等都要用到金屬薄膜。初期多用鋁或鋁合金材料，發現這類薄膜會與矽晶作用，在矽晶表面產生孔穴，影響元件功能，同時隨元件尺寸縮小，不良效應更為嚴重，因此需要尋找可取代的金屬材料，而金屬矽化物即為金屬薄膜與矽晶的化合物。由於大約十年後，金屬矽化物才被廣泛為積體電路界採用，在當時前瞻性研究尚屬探索階段。
二十七、金屬矽化物研究
在康奈爾大學從事金屬矽化物研究有一些利基，一是學校有一國家級的次微米元件設施 (Cornell Submicron Facility)，可提供蒸鍍金屬薄膜服務，二是材料系有極佳的電鏡設備，包括一部200 KeV JEOL 200C 型電鏡，可做臨場加熱觀察試片反應，另一部則是具有原子解像功能的 120 KeV Siemens 電鏡，尤其是管理與維修的研究經理有如魔術師般，大小問題都可迎刃而解，讓電鏡始終保持在最佳狀態，使人有處於電鏡樂園感覺。
二十七、訪客與研究合作者
由於 Jim 不僅是研究界巨擘，而且親和性很高，廣結善緣，因此訪客不斷，其中不少是重量級學者，也成了我日後在學術界的人脈。
比較特別的是我曾協助接待從大陸來的一個訪問團，團長是北京清華大學材料系創系系主任李恆德院士。當時美中建交不久，該團可能是多年來第一個大陸材料界訪問團，在康乃爾頗受歡迎。李院士為美國賓州大學博士，一九五零年代初期學成欲返回大陸曾受阻，幾經陳情才得以如願。由於我們以後都積極參加國際材料研究聯合會 (IUMRS) 活動，接觸甚為密切，而成為終生好友。
在訪客中，杜經寧院士同時也在康乃爾大學與 Jim 合開薄膜材料的課，常有切磋機會。另外也有機會與 IBM華森研究中心 John Baglin 博士與貝爾實驗室的盛旦初研究員結識並合作研究。杜經寧院士後來與我保持長期合作關係，John 與我常在 IUMRS 活動中互動，並且於 2011年在我獲選為美國材料學會 (Materials Research Society) 會士時，擔任獎章委員會主委。盛旦初兄後來為旺宏電子延聘，立下大功，期間也與我有密切往來。
二十八、研究成果
Jim 指定一位來自大陸上海的學生洪良森配合我做研究，洪很優秀且用心，專長是 RBS 分析，但當時 RBS 設備尚未安裝完成，因此一方面學習用電鏡，一方面協助我製備試片。後來 Jim 更指派其高中剛畢業而來實驗室工讀的幼子 Bill Mayer 專門幫我製備電鏡試片，讓我得以專心做電鏡分析工作。
在一九八零年以前，金屬矽化物研究主要分析方法是 RBS 及 X光繞射，而電鏡分析可以得到許多這兩種方法無法得到的結果，再加上最適合薄膜分析，對我來說，如魚得水，所以研究進展極為順利，一年間出了六篇論文，包括首次在應用物理領域頂尖期刊應用物理快訊 (Applied Physics Letters) 以及應用物理期刊 (Journal of Applied Physics) 的論文，拜天時、地利、人和之賜，收穫很是豐碩，也為我以後約二十年主要研究課題，打下堅實的基礎。
二十八、研究成果
Jim 指定一位來自大陸上海的學生洪良森配合我做研究，洪很優秀且用心，專長是 RBS 分析，但當時 RBS 設備尚未安裝完成，因此一方面學習用電鏡，一方面協助我製備試片。後來 Jim 更指派其高中剛畢業而來實驗室工讀的幼子 Bill Mayer 專門幫我製備電鏡試片，讓我得以專心做電鏡分析工作。
在一九八零年以前，金屬矽化物研究主要分析方法是 RBS 及 X光繞射，而電鏡分析可以得到許多這兩種方法無法得到的結果，再加上最適合薄膜分析，對我來說，如魚得水，所以研究進展極為順利，一年間出了六篇論文，包括首次在應用物理領域頂尖期刊應用物理快訊 (Applied Physics Letters) 以及應用物理期刊 (Journal of Applied Physics) 的論文，拜天時、地利、人和之賜，收穫很是豐碩，也為我以後約二十年主要研究課題，打下堅實的基礎。
我在康乃爾的研究室位於材料系館的側翼，與 Jim 研究小組英國籍的博士後 Chris Palmstrom 同居一室，兩人甚談得來。 Chris 後來成為明尼蘇達大學材料系講座教授，在 2008年我獲 TMS 的 Hume-Rothery 獎時，曾應邀參加同時舉辦的冠名研討會。
由於材料系館側翼室與應用力學系共用，巧在該系的華人教授鮑亦興院士研究室就在附近，因此有緣與鮑院士結識。鮑院士在康乃爾猶如華人大家長，每年歲末會邀請大家餐敘，我也在當年躬逢盛會。鮑院士後來應邀成為台灣大學應用力學研究所創所所長，貢獻極大。他在晚年雙目失明後，仍由人扶持參加中研院院士會議，很是感人。
另一位後來的名人則是韓國籍的研究生白成基 (Bai Sung-Gi)，人很用功和善，他從事陶瓷材料研究，因為也常用電鏡而與我熟稔起來。他後於 1986年返回韓國，成為浦項科技大學（Pohang University of Science and Technology，POSTECH）的創始成員之一，並於 2007-2011 年擔任浦項科技大學第五任校長。由於浦項科技大學與新竹清華大學同為東亞研究型大學協會會員，而我們有一段時間同時擔任校長，因而有多次敘舊機會。
康乃爾校園座落於東山（East Hill）一片三平方公里的土地上，眺望西面的卡尤加湖 (Cayuga Lake) 和以色佳市中心，有壯觀的石灰岩峽谷和瀑布。校園建築屬哥德式、維多利亞式及新古典主義建築風格，也有貝聿銘設計的藝術博物館代建築，被譽為全美最美麗的大學校園。
康乃爾的酒店管理學院也曾被希爾頓酒店創始人稱讚為「全世界最優秀的學院」，教學酒店斯塔特勒酒店（Statler Hotel）以服務優良與美食著稱。我也有緣數度在此擔任陪客，印象甚為深刻。
離材料系系館南端不到一百公尺處。即可達 Cascadilla 峽谷，風景絕美，但也常是學生想不開時跳崖斷魂之處。我在康乃爾那年冬季期末考時，連續兩天有學生輕生，由於有感染性，學校趕緊通令封鎖消息，才不致讓悲劇擴大。
三十一、以色佳生活
康乃爾位於紐約州北部的以色佳 (Ithaca)，當時連大學師生員工一萬八千人，全鎮不過兩萬五千人，是道地的大學城。居民除服務業外，以務農為主，大學附近幾乎全為農地。梅爾教授的次子 Frank ，即在此經營一葡萄園，夫人 Betty 則經營一特色小學，梅爾教授不時會邀請研究組成員與訪客到家餐敘，其樂融融。
在以色佳最大的購物中心是金字塔購物中心 (Pyramid Mall)，除百貨公司、餐廳外，另有一家電影院。當年冬天在一個酷寒的星期日，由於看完電影後，購物中心大門已經關閉，必須自後門繞道至前門停車處，雖然穿著相當厚重，進車時已快凍僵，領略到當時體感溫度常低達攝氏負五十度的寒冷。後來也聽老以色佳人說，如碰上酷寒的冬天，卡尤加湖 (Cayuga Lake)會結凍，而當年剛好是結凍之年。
令人難過的是，對台灣賦稅改革卓有貢獻，曾任北京清華大學教授的康大教授劉大中院士夫婦，因劉罹患絕症，一起在購物中心附近旅館自盡。二零一九年，他在康大的同事梅祖麟院士夫婦訪問新竹清華時，曾談到與他夫婦在自盡前幾天交往的情況，讓人感嘆「斯人也而有斯疾」。
三十二、餘緒
在康大，除與梅爾教授、杜經寧院士與盛旦初兄結成終生好友外，也與洪良森、鄭龍如夫婦建立深厚情誼。其後陸續有互動的有明尼蘇達大學 Chris Palmstrom 教授、康乃爾大學 Mike Thompson 教授、國家拉斯阿拉摩斯研究所 (National Las Alamos Laboratory) Mike Nastasi 研究員、Caltech Marc Nicolet 教授、IBM F. d’Herule 研究員、義大利 Catania 大學 E. Rimini 教授、Ancona 大學 G. Majni 教授等。
值得一提的是，我在康乃爾是以訪問副教授名義受雇，依規定大學須為教師在美國教師保險與年金協會 (Teachers Insurance and Annuity Association of America ，TIAA) 加保，當時保金約為一千多美元。我多年未加理會，不意到前年結算時，連本帶利達到九萬多美元，算是發了一筆小財。
三十三、全錄研究中心
清華大學有一優良制度，就是鼓勵教師每服務滿六年，可留職留薪進修一年。我於一九八六年合乎規定，赴美國加州帕羅奧圖全錄研究中心 (Xerox Palo Alto Research Center， PARC) 進修一年。
Xerox PARC當時是卓有聲譽的全錄公司（Xerox）最重要的研究機構。是許多現代電腦技術的誕生地，其創造性的研發成果包括：個人電腦 Xerox Alto、雷射印表機、滑鼠、圖形化使用者介面、圖示、下拉式選單等。矽谷傳奇之一是它錯失了大好商機，讓微軟等公司在個人電腦領域馳騁數十年。
我所以選到 Xerox PARC 進修是它有一當時頗先進的 6吋積體電路製程線，由於我在清華指導的碩士生吳逸蔚，獲得柏克萊材料系博士學位後，正在中心的積體電路研究所 (IC Laboratory) 擔任研究員。透過他的聯絡，順利的於該年十月到 PARC 擔任訪問學者。
三十四、電子影像研究所
清華大學有一優良制度，就是鼓勵教師每服務滿六年，可留職留薪進修一年。我於一九八六年合乎規定，赴美國加州帕羅奧圖全錄研究中心 (Xerox Palo Alto Research Center， PARC) 進修一年。
Xerox PARC當時是卓有聲譽的全錄公司（Xerox）最重要的研究機構。是許多現代電腦技術的誕生地，其創造性的研發成果包括：個人電腦 Xerox Alto、雷射印表機、滑鼠、圖形化使用者介面、圖示、下拉式選單等。矽谷傳奇之一是它錯失了大好商機，讓微軟等公司在個人電腦領域馳騁數十年。
我所以選到 Xerox PARC 進修是它有一當時頗先進的 6吋積體電路製程線，由於我在清華指導的碩士生吳逸蔚，獲得柏克萊材料系博士學位後，正在中心的積體電路研究所 (IC Laboratory) 擔任研究員。透過他的聯絡，順利的於該年十月到 PARC 擔任訪問學者。
三十四、電子影像研究所
到 PARC 報到時，正逢 ICL 改組為電子影像研究所 (Electronic Imaging Laboratory，EIL)，將研究重點從積體電路改為平面顯示器研究。初期目標是製成 A4紙張尺寸的平面顯示器。
積體電路與平面顯示器製程相似，差別在積體電路以單晶矽為基材，力求縮小電晶體的尺寸至微米以下，積體電路約為公分大小，而平面顯示器基材為非晶矽或多晶矽，各像素電晶體的尺寸相對大而約在十微米以上，但監視器尺寸則以大為貴，各有不同挑戰，當時對 A4尺寸平面顯示器研發，並不是很樂觀，處於日後龐大產業的萌芽期。
時至今日，顯示器生產基板尺寸可達 3 x 3 米以上，電晶體的尺寸則可縮小至微米大小，反映科技的快速進步，是當年難以想像的場景。
另一方面，EIL 有多位從台灣來的研究人員，後來回台發展的包括曾任群創光電公司董事長的段行建、廣輝電子公司資深副總經理蔡娟娟、國家奈米實驗室副主任黃調元，以及統寶光電公司執行副總裁吳逸蔚，堪稱台灣發展平面顯示器的先驅名人錄。
其中吳逸蔚曾任工研院電子所副所長、臺灣平面顯示計畫總主持人、統寶光電創始人。2012-2019 任鴻海集團技術長，並於 2016 年創立勝利仕科技股份有限公司 (Seamless Technology Inc.) ，任執行長迄今。現住我家附近，時有往來。
三十五、訪問學者
PARC 對訪問學者甚為禮遇，除有個人研究室外，另外配有 Xerox Alto 個人電腦一台，具有電郵與文書軟體功能，由於要到 1980 年代末和 1990 年代個人電腦普及，電子郵件才被廣泛使用，所以在當時算是相當先進方便。
由於積體電路與平面顯示器製程相似，所以 ICL 改組對我規劃繼續進行金屬矽化物研究並沒有不利影響。同時可充分利用研究所的濺鍍薄膜設備，製備研究金屬薄膜與矽晶反應試片。也承蒙所長 Mike Thompson 的支持，購置我研究所需而價格不菲的濺鍍金屬靶，並由技術人員協助濺鍍工作。
我用的金屬靶有兩種，即鎳靶與鈷靶。濺鍍鎳很順利，但最先始終無法得到鈷薄膜。幾經思索與查閱數據，想到鈷與鎳均為磁性材料，而鈷的磁性約為鎳的三倍，而金屬靶磁性強度隨厚度增加，所以推斷鈷靶磁性過強，讓濺射出的鈷原子無法逃離靶區，沉積於矽晶上，因此決定將鈷靶材厚度刨去四分之三，問題迎刃而解。雖然暴殄天物，於心有愧，卻也很享受解決問題的欣喜。
PARC 有相當先進的電鏡，我也通過測驗取得使用資格。但逐漸發現，較有效率的方法是與我在加州理工學院 (Caltech) 擔任博士後的學生聶家威以及在清華的研究生分工，我則可專心閱讀、思考與撰寫論文，雖然寄送試片費時，但整體研究進展迅速。
聶家威是我指導畢業的第三位博士生，於 1986年畢業後即移民美國，最初到南加州 Caltech 擔任博士後，剛好方便與在北加州訪問的我合作研究。他後來自行創業，製造微型電池，年前才將公司轉售，但在過渡期仍在新公司協助交接。
在矽谷時也有幸結識張永山院士，他是威斯康辛大學材料系系主任，趁在全錄研究中心附近 HP 公司擔任顧問之便，曾約我一敘。主要是因為他新收原為我指導的碩士生蕭復元，建議與我合作指導他做三五半導體金屬接面研究，我自然十分樂意，也與這位華人材料界長輩建立了長久深厚的友誼。張院士於二零零八年當選中央研究院數理組院士，不幸於次年即溘然長逝。
全錄研究中心緊鄰史丹福大學，常有史大研究生到中心兼任研究助理，其中一位是清華材料系 1982級的陳超乾，擔任吳逸蔚博士的助理。超乾拿到博士學位，回台在台積電工作升任資深處長後，被延攬擔任創意電子總經理，於二零二一年當選清華傑出校友，與我互動非常多。他曾接受訪問說: 「回憶起清華，他最崇拜的老師是當時材料系教授前校長陳力俊，他笑著說：『我那時一直在想要如何變成他？上台講課都不用看筆記，直到我好像一堂課被他當掉，我才發現我真的沒辦法變成他。』」讓我非常感動。
三十六、矽谷生活
舉世聞名的矽谷，是指美國加州北部、舊金山灣區南部聖塔克拉拉 (Santa Clara) 谷的高科技工業園區的別稱，是美國最大也是全世界最著名的科技公司和資訊工業初創企業聚集區。全錄研究中心與史丹福大學所在的帕羅奧圖市（Palo Alto）位於矽谷的主要部分，而柏克萊也包含於廣義的矽谷內。
我在柏克萊讀書的時候，矽谷的名稱並不流行，但在 1986年已大大有名。這與我初到清華時，科學園區還未成立，到現在新竹科學園區被稱為台灣的矽谷之名不脛而走，頗有相似之處。一般認為矽谷的成功，與附近有史丹福與柏克萊兩所頂尖大學有密切關係。可與之對照的，當初科學園區之所以設立在新竹，也是時任國科會主委，也是清華前校長，徐賢修以新竹有清華與交通兩所頂尖大學為有力理由成功爭取而來。
在康乃爾的時候，每週日閱讀厚達數百頁的《紐約時報》是一大享受。在矽谷，則是以每日看訂閱的《信使報》(Mercury News) 為樂。該報為矽谷地方報，對電子產業發展報導甚詳。值得一提的是，偶會報導黃仁勳的消息，當時還不知他從台灣來，更沒有想到他創立的輝達 (Nvidia) 公司居於AI 發展前沿，成為歷史上第一個市值超過五兆美元的公司。
在一九八零年代，清華材料系留學的風氣還是很盛，有不少畢業生到矽谷讀書或就業，因此也有多次相聚的機會，了解學生們在學業或事業上的進展，頗能體會到身為人師之樂。
時至今日，顯示器生產基板尺寸可達 3 x 3 米以上，電晶體的尺寸則可縮小至微米大小，反映科技的快速進步，是當年難以想像的場景。
另一方面，EIL 有多位從台灣來的研究人員，後來回台發展的包括曾任群創光電公司董事長的段行建、廣輝電子公司資深副總經理蔡娟娟、國家奈米實驗室副主任黃調元，以及統寶光電公司執行副總裁吳逸蔚，堪稱台灣發展平面顯示器的先驅名人錄。
其中吳逸蔚曾任工研院電子所副所長、臺灣平面顯示計畫總主持人、統寶光電創始人。2012-2019 任鴻海集團技術長，並於 2016 年創立勝利仕科技股份有限公司 (Seamless Technology Inc.) ，任執行長迄今。現住我家附近，時有往來。
PARC 對訪問學者甚為禮遇，除有個人研究室外，另外配有 Xerox Alto 個人電腦一台，具有電郵與文書軟體功能，由於要到 1980 年代末和 1990 年代個人電腦普及，電子郵件才被廣泛使用，所以在當時算是相當先進方便。
由於積體電路與平面顯示器製程相似，所以 ICL 改組對我規劃繼續進行金屬矽化物研究並沒有不利影響。同時可充分利用研究所的濺鍍薄膜設備，製備研究金屬薄膜與矽晶反應試片。也承蒙所長 Mike Thompson 的支持，購置我研究所需而價格不菲的濺鍍金屬靶，並由技術人員協助濺鍍工作。
我用的金屬靶有兩種，即鎳靶與鈷靶。濺鍍鎳很順利，但最先始終無法得到鈷薄膜。幾經思索與查閱數據，想到鈷與鎳均為磁性材料，而鈷的磁性約為鎳的三倍，而金屬靶磁性強度隨厚度增加，所以推斷鈷靶磁性過強，讓濺射出的鈷原子無法逃離靶區，沉積於矽晶上，因此決定將鈷靶材厚度刨去四分之三，問題迎刃而解。雖然暴殄天物，於心有愧，卻也很享受解決問題的欣喜。
在矽谷時也有幸結識張永山院士，他是威斯康辛大學材料系系主任，趁在全錄研究中心附近 HP 公司擔任顧問之便，曾約我一敘。主要是因為他新收原為我指導的碩士生蕭復元，建議與我合作指導他做三五半導體金屬接面研究，我自然十分樂意，也與這位華人材料界長輩建立了長久深厚的友誼。張院士於二零零八年當選中央研究院數理組院士，不幸於次年即溘然長逝。
全錄研究中心緊鄰史丹福大學，常有史大研究生到中心兼任研究助理，其中一位是清華材料系 1982級的陳超乾，擔任吳逸蔚博士的助理。超乾拿到博士學位，回台在台積電工作升任資深處長後，被延攬擔任創意電子總經理，於二零二一年當選清華傑出校友，與我互動非常多。他曾接受訪問說: 「回憶起清華，他最崇拜的老師是當時材料系教授前校長陳力俊，他笑著說：『我那時一直在想要如何變成他？上台講課都不用看筆記，直到我好像一堂課被他當掉，我才發現我真的沒辦法變成他。』」讓我非常感動。
舉世聞名的矽谷，是指美國加州北部、舊金山灣區南部聖塔克拉拉 (Santa Clara) 谷的高科技工業園區的別稱，是美國最大也是全世界最著名的科技公司和資訊工業初創企業聚集區。全錄研究中心與史丹福大學所在的帕羅奧圖市（Palo Alto）位於矽谷的主要部分，而柏克萊也包含於廣義的矽谷內。
我在柏克萊讀書的時候，矽谷的名稱並不流行，但在 1986年已大大有名。這與我初到清華時，科學園區還未成立，到現在新竹科學園區被稱為台灣的矽谷之名不脛而走，頗有相似之處。一般認為矽谷的成功，與附近有史丹福與柏克萊兩所頂尖大學有密切關係。可與之對照的，當初科學園區之所以設立在新竹，也是時任國科會主委，也是清華前校長，徐賢修以新竹有清華與交通兩所頂尖大學為有力理由成功爭取而來。
在矽谷最大收穫之一，是常得與在當地工作的家兄一家以及來美與其同住的家父相聚，也有機會一起出遊，共享天倫。
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