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2026年2月18日 星期三

新竹清華一甲子(十): 1977-1999 (二)

新竹清華一甲子(十): 1977-1999 (二)

磊晶矽化物單冊論文

與聶家威博士攝於清華

與鄭晃忠盧火鐵謝詠芬博士攝於羅馬

與張俊彥校長林文台教授遊三峽

與柯亨教授遊太魯閣

獲頒清大最佳研究獎

沈君山校長道賀函

教育部學術獎獎狀

原子分辨電子顯微鏡

Ti/Si 非晶質中間層

非晶質中間層單冊論文

材料化學與物理期刊封面

主持人才培育研討會

材料科技聯合會成立大會

IUMRS第二 副會長銀質紀念章


十三、磊晶矽化物

自康乃爾返台後,研究重點漸轉向金屬矽化物研究。由於系裡原就有由積體電路大型計畫購置的電子槍蒸鍍薄膜設備,所以得以再一次順利轉換跑道。

在半導體中,異質,如矽化物和矽晶,磊晶成長需要滿足很嚴格的條件,所以預期能成長磊晶的矽化物很少。另一方面磊晶矽化物有電阻率較低的優點。由我們的研究發現,在適當條件下,往往可在局部生長幾十,甚至幾百微米或更大的磊晶,這在當時是一項突破,論文於 1984年出版於相關領域的頂尖期刊應用物理快訊 (Appl. Phys. Lett.,APL) 中,也是我第一篇以通訊作者身分,在 APL 發表的論文。

部分因為這篇論文,我受邀到美國材料研究學會 (Materials Research Society,MRS) 研討會給受邀演講,受到注目,也接受邀請,陸續到康乃爾大學,Caltech 與  IBM 研究中心演講。由於後續很多學生的努力,漸建立起在磊晶矽化物成長的世界領先地位。我也與杜經寧院士共同受邀在高影響因子 (High impact factor) 回顧性期刊 Materials Science Reports 以「磊晶矽化物在矽晶上的成長」為題,撰寫一長達八十八頁的單冊 (Monograph) 論文,於 1991年出版,被廣泛引用。

十四、穿透式電鏡橫截面試片

穿透式電鏡試片通常是平視型 (Plane view) 試片,將打薄試片以化學蝕刻方式穿孔,以利觀察孔口附近薄區結構。對薄膜材料來說,如能從側面觀察,可得到很珍貴的資訊,但在一九八零年以前,製作橫截面試片是極少數世界級的研究者的絕活,同時需要用到當時珍稀的離子研磨機 (Ion milling machine),對大多數研究者是可望而不可及。

清華材料系 79B 學生聶家威,在兩年役期後,於 1981年加入我的研究室,從事離子佈值矽研究。在極困難情況下。嘗試製作橫截面試片,到完成碩士論文時仍未成功。幸好家威決定繼續留在研究室攻讀博士,鍥而不捨之下,終於大功告成
一方面可見博士級研究的重要。一方面也讓家威成為台灣電鏡界製作橫截面試片先驅,而橫截面試片的製作,也成為日後我所有用到電鏡研究生必備的技術。

十五、材料系博士班

材料系於 1981年經教育部核准設立博士班,第一屆博士生有 5位,陸續於 1985年後畢業,博士畢業生在 1990、1995、2007、2010年當屆各達到 14、21、35、47人,到 2025年,共畢業 841人,於 1977年相比,全台材料專業博士不滿 10人,恍如隔世。

我的第一個畢業的博士生是鄭晃忠,畢業後到交通大學電子工程系任教,第二位是林文台,畢業後到成功大學任教,第三位則是聶家威,畢業後移民美國,先在 Caltech 擔任博士後,再自行創業。其後的學生初期有少數到工研院,絕大多數都到產業界,近年來則有多位學生在大學任教,也可見台灣材料界博士就業的趨勢變化。

在學生群中,1988年畢業的盧火鐵博士,是台灣第一家積體電路公司聯華電子所雇用的第二位博士,其後加入的謝詠芬與謝文益博士,在聯電博士群中,工號都可排到前十
三人在聯電都晉升為處長級幹部,再加上我的研究助理游萃蓉教授從清華借調到聯電擔任研發副總以及擔任聯電副總多年的許志清,可謂是我二零一八年起擔任聯電董事會獨立董事的先聲。

值得一提的是,鄭晃忠畢業後約有十年間,常與我一起出國開會與旅遊,其後由林文台接棒。兩人都於 1993年與我同遊三峽,林文台則剛與我於二月初自汶萊遊歷歸來。

十六、材料系所第二重點領域方案

在《加強培育及延攬高級科技人才方案》指導下,教育部研擬加強培育材料科技人才。過程中首先聘任美國麻省理工學院教授柯亨 (Morris Cohen) 為顧問,訪視材料系所。柯亨教授所以成為人選,是因為我拜讀過他擔任美國國家研究委員會(NRC)材料科學與工程調查委員會的聯合主席時,由委員會發表了《材料與人類需求》(Materials and Man's Needs)報告而推薦
。這報告通常被稱為科恩報告對美國材料教育和研究領域的國家政策產生了重大影響。

由於教育部接受我的建議,我也銜命乘在 MIT 所在地波士頓開會之便,面邀柯亨教授,而他也爽快地應允。猶憶那是一個寒冬之日,隨柯亨教授經過各館舍間宛如迷宮般保暖長廊情景。

柯亨教授於 1985年春季來台,我也全程陪同參訪當時已成立的台大、清華、成大、中山四所材料系所。柯亨教授很敏銳地指出,四個系所雖以材料為名,但教學研究都偏金屬材料,因此建議教育部支援各系所加強第二專長領域,如清華為電子材料,成大為陶瓷材料等,受到教育部的採納,施行「材料系所第二重點領域方案」,對台灣材料科技教育蓬勃發展有極大的貢獻。

柯亨教授雖名重一時,但人很謙和坦誠,曾談到他在 MIT 任教四十年,歷任校長中對學校貢獻較大的還是本身研究卓越的學者。另外他提到一位學生郭本堅,後來知道是清華校友,在1950年初,離開大陸而滯留越南,經他寫信給美國移民局,才得以獲准入境美國,感嘆國家紛亂之際,學者命運懸於他人一念之間。 

中國材料學會為感謝柯亨教授對台灣材料科技發展的貢獻,由林垂宙理事長發起募款,捐贈給在 MIT 設置的「柯亨材料工程」講座基金,並於 1987年年會,邀請柯亨教授作主題演講,並舉辦「柯亨冶金技術研討會」。

十七、教育部學術獎

由於與國內外學者合作,以及學生們的努力,在研究上漸嶄露頭角,受到許多獎勵。首先是清華大學在 1983年頒授的「第一屆最佳研究獎」。接著是 1984 年獲得國科會新設的「傑出研究獎」。根據國科會辦法,是以兩年一期,我也因而得以連續獲得五次,並獲時任清華校長沈君山專函致賀。
為空出名額增加其他申請學者獲獎機會國科會於 1994年修正頒獎法,得獎三次以上學者,得轉任「特約研究人員」,獎金依舊,我也欣然轉任。

再者
,於 1986年獲頒教育部「74年度工科學術獎」。由於規定當年限制四學科每年得主只有一人。是難得的殊榮,我也備受鼓勵。

十八、論文發表

做科學研究在有聲譽同儕審查期刊發表論文極為重要,因為一方面經專家檢驗,品質有一定保證,同時也轉為公眾資源,由共享協助科技發展。雖然「不出版即滅亡」(Publish or perish) 為學術界所詬病,「研究結果不公開發表,等於沒有做」,也頗接近事實。

台灣學術界在應用物理與國際接軌,約為一九八零年代中期之事。以當時台灣投稿論文接受率很低的頂尖期刊「應用物理快訊」( Appl. Phys. Lett. APL) 而言,台灣學者在 1984-1988五年間,共發表四十篇論文,其中包括我的研究小組發表的十三篇,約占三分之一。這中間不無主要是歐美學者審查論文略有偏見有關的因素,但僅量走出去,讓人不能忽略實力,才能打破藩籬。

十九、金屬與矽晶非晶質中間層

在一九八零年代中期,由於美國 IBM 研究中心與貝爾研究所 (Bell Laboratory) 學者不約而同的發表論文,指金屬薄膜與矽晶界面原子以結晶方式排列,涇渭分明,但我們從鈦與矽晶橫截面試片觀察,在未退火試片中,中間即有一厚達 2奈米的中間層,而此中間層,會隨退火條件成長,是很令人驚訝的結果。

最初觀察到非晶質中間層,不能排除可能受到汙染,或是製作試片時介入的結構 (Artifact),因此很小心的一再測試,並利用原子能譜表面分析儀 (AES)分析界面成分,再加上自由能 (Free energy) 計算,皆顯示這是由金屬與矽原子混合生成的非晶質中間層。

另一方面,在教育部支持下,研究室得以購置超高真空雙電子槍蒸鍍設備,並配有臨場反射電子繞射 (RHEED) 分析儀,得以清楚觀察到在超高真空狀態蒸鍍鈦原子,界面由矽晶,逐漸非晶質化,直到偵測到外覆鈦結晶層,可謂一錘定音。

接著。發現非晶質中間層在高溫金屬以及稀土金屬/矽晶系統中甚為普遍,衍生出許多後續工作,成果既具基礎性,也有應用價值,以我於 2000年在回顧性期刊Materials Science and Engineering R (由Materials Science Reports 改名) 以「金屬/矽晶固態非晶質化」為題,發表單冊論文,作一階段性的總結。

《孟子·盡心下》有云: 「盡信書,不如無書」,從非晶質中間層研究上,可見研究尤其如此,勇於質疑,一旦有所突破,才能進入一個新的境地。由於搶得先手,又有許多博士生的助力
至少有兩位美國名教授曾謙虛的表示,趕不上我的研究進展。

檢討起來,要感謝教育部、國科會與清華大學長期而有力的支援,有許多優秀的博士生共襄盛舉,而我是能專心投入,把握優勢的幸運兒。

二十、原子分辨電子顯微鏡

清大材料系 TEM 更上層樓是購置了型號為 400 KeV JEOL-4000EX TEM (HRTEM) ,也是台灣第一部具有原子分辨功能的  TEM。這要拜教育部推動材料所系「第二專長」方案,協助各材料系拓展金屬材料以外的研究領域,當時也有別的學校在積極爭取,最後清大得以勝出,除了靠研究業績外,清大材料中心提供配合款的全力支持也是關鍵因素之一。

有了 HRTEM,在研究上更如虎添翼,尤其在界面結構上,得到許多新穎而獨特的結果。如在金屬與矽晶非晶質中間層研究上,決定主要擴散原子,第一生成相或多相共生,成長活化能,以及磊晶矽化物/矽晶界面結構等。

二十一、擔任國際期刊「材料化學與物理」主編

「中國材料科學學會」自 1958年成立以來,即在創辦國際期刊方面多方努力,但由於客觀情勢的限制,多年來一直未能實現。1990年學會理監事會在當時理事長吳秉天先生與前任許樹恩、林垂宙理事長等材料界先進倡議下,研議出版國際期刊可行性,並於當年 7月 21至 22日邀集學術研究界領導人士 80位,假桃園中正國際機場旅館,舉行研議出版國際期刊會議,會中達成創辦具有高水準之國際化期刊共識,並成立「國際期刊籌備小組」,由本人擔任召集人,積極展開籌備工作。

在國內辦科技性國際期刊的意義可能有多重:一是提升我國學術地位與研究水準,二是展現我國科技實力,吸收國內優良稿源,作為我國科技成果櫥窗,三是促成國際合作,打破孤立,增進我國與國際學術界之互動。四是祛除學術邊緣心態,爭取從事學術主流事業地位,五則是回饋國際學術界。

籌備小組首先致函全球約十家出版公司,探詢與學會合作出版的可能性。經過冗長的聯繫接洽過程,終於與世界最大學術期刊出版公司荷蘭 Elsevier 公司於 1991年 11月 19日簽訂一長達六年合約,合作出版國際期刊 “Materials Chemistry and Physics” (材料化學與物理,MCP),以 1992年 7月 1日為合作出版基準日。與 Elsevier 公司合作出版MCP最大優點為 Elsevier擁有全球發行網,同時該刊已列名於「科學引用索引」(Science Citation Index,SCI)。1992年 7月 1日以新設計 MCP的封面、版面(從 B5改為 A4大小)嶄新風貌面世。

與國外一流出版公司 Elsevier合作出版的優點是能維持一定的編印水準,不僅印製精美、有相當高水準論文英文編修,而且具有全球發行網,提供網際網路線上檢索、電子期刊服務,近年來更推行網路投稿,喜見電子期刊發行網大增。同時國內當時收錄於 SCI中的期刊共有七種,但長期以來國外稿源佔一半以上的僅有 MCP。以此國際化尺度而言,MCP也是接辦時亞太地區唯一真正國際化的材料科學工程學術期刊。

在接辦 MCP之初,在吳秉天理事長等先進籌措下,陸續獲得工研院、李國鼎基金會、華新麗華公司、立青基金會、台達電子基金會、中技社等資助。自 1994年起,連續獲得國科會「傑出期刊獎」及相當實質的經費獎助,財務問題得以趨於穩定。

本人於 1992年 MCP創刊初期,在無意願之情況下,因先進們敦促之下「盛情難卻」勉任主編,2003年終得如願辭卸編務,當時感覺以「如釋重負」形容應甚為貼切。近年 SCI Impact Factor 已高達 4,後勢更為看好
應特別感謝接任主編之林光隆、杜正恭等教授,盡心盡力,讓 MCP 更上層樓。

二十二、擔任「中國材料科學學會」理事長

「中國材料科學學會」(MRS-T) 於 1958年在陸志鴻先生等許多材料界前輩積極推動之下成立。近年來國內材料科技蓬勃發展,MRS-T 功不可沒。個人多年來有幸與材料科學學會和材料科技一起進步,分享成長的喜悅,更於 1995-1999年,擔任學會理事長,歷年重要工作包括:

(一)、 推介材料科學、闡揚材料社群觀點,
(二)、舉辦學術論文發表會與研討會,
(三)、定期出版國際期刊「材料化學與物理」等,
(四)、出版中文教材及手冊,
(五)、建立與維持全球資訊網路站,
(六)、推動課程教材上網路,
(七)、開辦教育訓練課程,
(八)、推動成立「材料科技聯合會」
(九)、積極參與國際學術活動,
(十)、表揚優秀材料科技人士。


MRS -T 成立的最主要的宗旨在提升我國材料科技研究水準。學會的工作自然以提升材料科技研究水準與服務會眾為首要目標。專業學會工作可以發揮的地方很多。為使有限資源發揮最大功效,實有賴建立良好的取捨標準,經過討論思考,確定應循整合性、前瞻性、適時性、需要性的方向原則下盡力進行,在充分發揮效率與彈性情況下,結合產官學研各界力量,釐定前瞻性的政策,採取開創性的作法,更進一步提昇學術研究與人才培育水準與層次,而積極配合國家整體科技與經濟發展。材料科學學會擁有經常保持聯繫會員一千餘人,包羅產官學研各界菁英,具有相當可觀的整合力量。在未來我國材料科技發展上,應可扮演更積極主動的角色。

二十三、材料科技聯合會

「材料科技聯合會」經 MRS-T倡議,邀集國內十五個與材料科技相關專業學會、協會負責人為共同發起人,於 1998年 5月正式成立。定位為非營利聯誼團體,並以人員、刊物、出版品與活動資訊交流,及學術活動合作為主。成立會中推選本人擔任第一任會長,負責聯繫事誼、建立聯合網頁、發佈訊息、召集會議及報告推動成果。初期已建立聯合網頁,定期發行「聯合會」專頁,與粉末冶金、鑄造學會於年會期間合辦學術論文發表會等。聯合會成立初期頗見成效,只可惜繼任的會長接任後不久即奉調赴美,未能再積極推動會務。

二十四、國際材料研究學會聯合會

MRS-T 為國際材料研究學會聯合會(IUMRS)創始會員。該會會員包括美、日、韓、中國大陸、我國、印度、歐盟二十五國、俄國、墨西哥、阿根廷、澳洲等材料研究學會組成之全球性學術團體。學會除積極參與歷年之IUMRS系列國際會議,包括國際電子材料會議(ICEM)、國際先進材料會議(ICAM)與亞洲區國際會議(ICA),以及曾主辦多次該系列國際會議,本人並於1999-2001 年擔任聯合會第二副會長。最近一次MRS-T 主辦之會議是 2017年在台北南港展覽中心之 IUMRS-ICA 會議,有亞太地區十六國一千一百餘人參加,盛況空前。

2019年 10月,IUMRS在大陸杭州舉辦三十週年慶紀念會,本人與材料學會彭裕民理事長等應邀參加,並獲頒擔任第二副會長銀質紀念章一枚。

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