一、前言
中國大陸的IC製造業近年來蓬勃發展，2000年前後是重要分水嶺，過去當地企業以IDM(整合元件製造)的經營型態為主，發展速度緩慢；之後陸續從台灣、南韓、美國引入全球頂級的晶圓代工、記憶體製造、以及IDM經營典範型企業陸續投資。中國大陸半導體產業在這麼短的時間內不斷進行內部勢力或資源的交替、轉化、與重組等過程，在年產值穩定成長的表面之下，產業的變動可說是暗潮洶湧。在時間點上，2001年以台灣專業垂直分工體系為師導入晶圓代工的經營型態，這包括中芯國際、和艦科技、宏力、台積電(上海)等具備台灣色彩的企業。2006年南韓大廠Hynix與歐洲大廠STM合資在無錫設立第一座專業DRAM製造的12吋晶圓廠，2007年已成為中國大陸12吋晶圓廠產能第一大，產值躍居中國大陸IC製造業第二大。而2009年全球第一大廠IDM經營模範生Intel在大連的12吋晶圓廠也將完工量產。也就是說全球半導體公司預估2012年第一波跨入18吋晶圓廠世代的廠商(包括Intel、Samsung、TSMC)中，有二家在中國大陸佈局產能，這使得中國大陸儼然成為全球晶圓廠產能的重要佈局地。中國大陸不僅IC製造業經營型態版圖產生變動，目前主力型晶圓代工產業內部版圖也發生巧妙的變動，本文即針對這兩方面的變化進行分析。
二、中國大陸IC製造業經營型態版圖的變動
中國大陸IC製造公司的排名在新興晶圓代工公司及專業記憶體製造公司的加入後產生顯著的變化，表一為2007年中國大陸IC製造業前十大排名。2000~2005年間成立的新興晶圓代工公司快速擠進前十大，這包括了第一大的中芯國際，第四、第五、第七的和艦科技、宏力半導體、以及台積電(上海)，而第二波進入的專業記憶體公司則有海力士—意法半導體，2006年底12吋晶圓廠進入量產，2007年即擠入中國大陸IC製造業排名的第二大，顯見DRAM等具備少樣多量特性的記憶體產品，在衝量時具有相當大的爆發力。海力士—意法半導體2007年的營收達到93.6億人民幣，較2006年大幅成長292.1%，成為中國大陸IC製造業前十大中成長幅度最大的公司。單一產品大量投產、12吋晶圓廠產能的規模效益、來自母公司Hynix的全球DRAM出貨通路的支持，成就海力士—意法半導體2007年的驚人成長力道，隨著海力士—意法半導體出售無錫Fab 1的8吋晶圓廠設備給中國大陸另一家晶圓代工公司華潤上華，並積極將Fab 1升級為12吋晶圓廠，若能配合全球DRAM價格跌勢趨緩的話，則2008年中國大陸IC製造業第一大公司的地位將從中芯國際轉移到海力士—意法半導體。
表一 2007年中國大陸IC製造業前十大排名
排名
公司
營收(億人民幣)
成長率
1
中芯國際
111.4
-1.8%
2
海力士—意法半導體
93.6
292.1%
3
華虹NEC
24.3
-14.7%
4
和艦科技
19.7
-16.2%
5
宏力半導體
15.3
25.2%
6
首鋼日電
14.0
-24.2%
7
台積電(上海)
13.4
4.1%
8
上海先進
11.8
-12.5%
9
華潤上華
10.9
19.3%
10
華潤華晶微電子
8.4
-20.0%
資料來源：CCID；工研院IEK整理(2008/08)
圖一為中國大陸IC製造業第一大的中芯國際總產能，和第二大海力士—意法半導體12吋晶圓廠Fab 2 的產能比較，海力士—意法半導體在無錫的12吋晶圓廠Woxi Fab 2自2006年第二季產能持續提升，2007年第四季已達到月產8萬片12吋晶圓的產能，約當18萬片8吋晶圓，與SMIC的18.5萬片8吋晶圓接近，預計2008年Fab 2的月產能將提升至10萬片12吋晶圓。加上中芯國際淡出DRAM製造後，需積極以邏輯產品去化北京12吋晶圓廠產能，短期內不會大幅擴充產能。消長之間，海力士—意法半導體在2008年將成為中國大陸半導體總產能及12吋晶圓廠產能的第一大。
圖一 中芯國際 v.s. 海力士—意法半導體產能成長趨勢比較
三、中國大陸晶圓代工業公司版圖的變動
晶圓代工業現今仍為中國大陸IC製造業發展的主軸，佔有最大的產值比重，從2000年以後也成為中國大陸IC製造業主要的成長動力，並在全球專業晶圓代工市場佔有率的表現上有顯著而亮眼的成績，成功的取代新加坡成為僅次於台灣的全球第二大晶圓代工產業。中國大陸晶圓代工業的全球市場佔有率從2000年的1.0%，短短四年的時間就在2004年搶佔了全球專業晶圓代工業11.5%的市場比重。2005年經歷全球晶圓代工產業的一次回檔後，中國大陸的晶圓代工業似乎也呈現了換檔的情形，2005~2007年中國大陸晶圓代工業成長率表現與整體市場同步，過去快速搶佔市場佔有率的動能已不復見。圖二為2000~2007年中國大陸晶圓代工業全球市場佔有率變動趨勢。
圖二 中國大陸晶圓代工業全球市場佔有率變動趨勢
而中芯國際為中國大陸專業晶圓代工業的第一大，也是這一波新興晶圓代工公司快速搶佔市場佔有率的顯著案例，在提升中國大陸晶圓代工業全球市場佔有率方面貢獻了一半的比重。而中芯國際面臨的成長瓶頸也突顯出過去當地同類型發展模式的晶圓代工業者，也走到了要調整公司策略的時候。過去的策略簡而言之就是交換策略，包括用產能、股權來換技術、訂單這類的情況。但相較於中芯國際把交換策略發揮到極致而過度虛胖，當地的其他晶圓代工公司諸如：和艦科技、宏力半導體等則顯得穩紮穩打，而在2005年以後市場比重開始穩健上揚。
中芯國際在中國大陸晶圓代工業的市場地位也有自2005年高點下滑的傾向，2002~2007年中國大陸晶圓代工公司市場版圖變動趨勢如圖三所示。中芯國際自2002年快速擠壓當地的華虹NEC以及上海先進等公司，2005年之後則因成長力道不如其他公司諸如：宏力、華潤上華等而呈現下滑的現象。
圖三 中國大陸晶圓代工公司市場版圖變動趨勢
晶圓代工四強製程營收分佈如圖四所示，TSMC、UMC在2008年第二季相較於去年同期(2007年第二季)，在90奈米以下製程營收佔公司整體營收比重都有顯著的增長。新加坡的Chartered則呈現90奈米製程訂單轉進到65奈米製程的情形，但整體90奈米以下的比重與去年同期相較並沒有顯著增加，這顯示Chartered在客戶群以及產品線方面都不如台灣的TSMC及UMC。而SMIC的情況則顯示出不僅在65奈米先進製程市場的發展上落後其他三家公司外，在90奈米製程市場則缺乏新客戶、新產品線的情形。SMIC在製程發展及客戶訂單掌握度的劣勢，使得其12吋晶圓廠產能成長的空間受限，90及65奈米都屬12吋晶圓廠採用的製程。SMIC在2008年第二季12吋晶圓廠月產能低於2萬片，這也使得其後續所謂菱形佈局(北京、上海、武漢、深圳都要建12吋晶圓廠)，顯得十分飄渺。
圖四 晶圓代工四強製程營收分佈
四、IEK專業意見
中國大陸IC製造業在這麼短的時間內不斷進行內部勢力的轉化與變動，包括從本土走向國際、從傳統IDM走向晶圓代工，以及在當地晶圓代工成長趨緩後，專業記憶體大廠Hynix結合STM大舉投入12吋晶圓廠的建置(Elpida近期也宣布結合當地廠商及地方政府投入12吋晶圓廠的建置)，加上2009年CPU大廠Intel的12吋晶圓廠投產都將墊高整體產值。面對國際大廠相繼在中國大陸佈局12吋晶圓廠，台灣廠商反倒在政策釋出有意開放12吋晶圓廠投資大陸之際顯得保留。其實，從SMIC近年來的12吋晶圓廠產能發展不如預期也能看到一些端倪。不同於DRAM、CPU這類型的廠商只要建廠即能大量利用自身的品牌、通路銷貨，晶圓代工公司的成功來自於對廣大委外代工的客戶群提供最佳的服務(技術、成本、交期、品質、彈性…..)等整體的助益。相較於SMIC為迎合地方政府而做的菱形佈局(累死自己以及客戶的工程師)也較不具規模經濟效益；台灣廠商選擇以廠房集中、產業群聚、單一廠規模經濟的成本利益以及便利性來提供客戶優勢，因此產能規劃走向月產6~10萬片12吋晶圓的規模發展。
政府的12吋晶圓廠開放政策能提供廠商更佳的佈局彈性，若能與：
客運常態直航：方便國際、及對岸客戶來台灣生產據點洽商。
貨運常態直航：方便台灣IC製造廠商出貨大陸。
投資、併購等行為能在兩岸法令上全然開放：方便台灣廠商用最有效率、成本效益、及彈性的方式進行兩岸分工佈局。
人才來台工作條件的鬆綁：擴大台灣廠商人才庫，即便將產能集中台灣也能有充裕的人才吸納進來為我所用。
等與對岸一起談，既有助於提升台灣IC製造業的優勢，也能降低台灣廠商赴大陸設12吋晶圓廠的誘因，甚至有助於吸引國外廠商擴大在台設立12吋晶圓廠。
而面對中國大陸IC製造業顯性(產值)或隱性(產業結構)的變動趨勢，台灣廠商持續保持高度的關注以及彈性的態度，並積極提升公司的整體競爭力，必能常保台灣晶圓代工業的長久發展優勢。
2008年12月1日 星期一
半導體技術推動次世代PC的出現
以往PC的微型化主要是靠半導體製程的進步，藉由製程不斷微縮以降低單一晶片的功耗與體積，如此可縮小PC晶片的體積、耗能以及散熱。但就一台完整的PC主機來看，內部包含了CPU、南北橋晶片組、繪圖晶片、音效晶片、通訊晶片、擴充槽、儲存裝置及許多被動元件，單單降低單一晶片的體積對整個系統的微型化助益不大。針對此問題，半導體產業界逐漸採用晶片整合技術，例如SiP系統級封裝、SoC單晶片設計或是晶片3D堆疊技術，將多顆晶片進行整合，進一步縮小多晶片的佔用面積、功耗與成本，讓傳統PC多晶片架構透過一個單一晶片即可達成。
各半導體元件製程導入趨勢
若要找出在過去十年受晶圓代工產業興起衝擊最大的IDM公司以及半導體元件市場，可從各元件在不同時期採行的製程技術看出來。圖為1990、1997、2004、及2008年各元件導入製程技術的平均值。
我國奈米電子發展現況及推動策略
彙總摘要
本文首先從美國、日本、南韓…等國家檢視全球奈米電子的發展現況，然後檢視我國在奈米電子元件、奈米顯示元件、奈米機電技術…等各技術研究群的發展現況，於是指出未來全球特別值得注意之奈米電子(包括：奈米碳管材料、電子元件及應用、場發射顯示器、掃描探針顯微術…等四方面)的發展趨勢，最後從我國奈米電子的優劣勢分析、推動架構、發展策略…等方面說明推動策略，並於結論中建議我國奈米電子應該搭配的推動方案，其中特別提出「百億元經費經費從何而來？該如何分配？」、「獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果」、「我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基」、「建議政府應該開放大陸科技人士來台」、「亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配」…等諸多面向的思考議題，最後在我國奈米電子發展推動方案中，除了建議成立「奈米製程模擬中心」「奈米元件設計中心」「奈米系統技術人才」之外，特別呼籲促進「奈米社會研究社群」「奈米創意投資社群」的形成，從中激盪出適合奈米技術的Business Model，甚至輔導研發人員提出創業計劃，進而注意奈米對國家競爭力、產業演進、消費市場…等的影響。
目 錄
第一章 緒 論 1一、研究緣起及範圍 1
第二章 全球奈米電子的發展現況 4一、美國奈米電子技術的研發現況 4二、日本奈米電子技術的研發現況 51.以能源、奈米IT、生命科學、環境為四大發展目標 52.日本新設奈米電子相關研究所 5三、南韓奈米電子技術的研發現況 7四、綜 整 8
第三章 我國奈米電子的發展現況 11一、工研院電子所發展的奈米電子元件 11二、工研院電子所發展的奈米顯示元件 12三、工研院材料所應用奈米材料於各型顯示器 13四、工研院機械所發展的奈米加工及顯微技術 141.奈米加工及微製造技術 152.奈米設備技術 153.奈米元件與系統技術 15五、工研院光電所奈米級儲存光碟 19六、工研院光電所∕化工所共同投入開發奈米光通訊 19七、DNAIC公司發展DNA分子IC 21八、綜 整：我國奈米電子技術研究群 23
第四章 全球奈米電子的發展趨勢 24一、何謂「奈米碳管」(CARBON NANOTUBE) (CNT) 24二、奈米電子元件及應用 251.各取所需：數位電腦∕類比電腦 252.奈米雷射：廣泛應用在3C 263.混合應用∕直接競爭、各取所需∕零和競爭 26三、奈米碳管場發射顯示器 (CNT-FED) 271.CNT-FED的優點 272.場發射顯示器(FED)技術原理 283.全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商 284.半導體薄膜製程製作FED的發展限制：中∕小尺寸 305.大尺寸的CNT-FED 316.CNT的製備…運用於厚膜式FED 327.CNT-FED的競爭廠商 328.掃描探針顯微術 (SPM) 34四、全球奈米電子的產值 37
第五章 我國奈米電子的推動策略 38一、我國奈米電子競爭優劣勢分析 381.優勢 382.劣勢 39二、我國奈米電子推動架構 40三、我國奈米電子發展策略 41
第六章 結論與建議 42一、結 論 421.跨出國門並朝向「次世代電腦」架構發展 422.「數位電腦∕類比電腦」應朝混合應用∕各取所需的方式演進 423.有足夠的時間追上「量子電腦」的新時代 43二、建 議 431.百億元經費經費從何而來？該如何分配？ 432.獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果 453.我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基 454.建議政府應該開放大陸科技人士來台 455.亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配 466.建議我國奈米(電子)發展推動方案 46
圖表目錄
圖一 工研院電子所的CNT-FED效果及截面 13圖二 超精密基板延性加工技術關鍵技術與製程設備 17圖三 微放電加工機 17圖四 微放電加工元件 18圖五 AFM加工機 18圖六 用DNA奈米生物技術製程的IC 21圖七 單層奈米碳管(SWNT)與多層奈米碳管(MWNT) 25圖八 美國PIXTECH∕友達光電代工的薄膜式FED 29圖九 SONY/CANDESCENT公司的薄膜式FED 30圖十 SAMSUNG SDI公司的CNT-FED 33圖十一 我國奈米技術發展架構(以ITRI為例) 40圖十二 我國奈米技術發展策略 41表一 本文研究架構 3表二 日本新設立奈米研究所據點及其研究內容 7表三 各國奈米電子的研究發展動向 9表四 DNAIC公司 22表五 我國奈米電子技術研究群 23表六 探針型儲存技術之記錄密度 36表七 台灣目前的競爭優劣勢分析 39表八 我國奈米(電子)發展推動方案 47
第一章
緒 論 一、研究緣起及範圍
全球科技產業正面臨有史以來最嚴重的不景氣，業者最直接的反應就是投資縮減，但是卻有一個十分先端的技術吸引美國、日本、歐盟…等科技強國，加碼十億美元以上的資金。是什麼技術這麼有魅力？…它就是被視為半導體下一代技術有關的「奈米科技 (Nano-Technology)。
由於奈米科技這個領域在1990年以後才趨於明顯，所以它仍是相當新的領域，加上奈米(10-9m)可以廣泛應用在電子、材料、生物…等眾多科技領域，各國為提升研發效率，儘管投入的資金龐大，分散在不同的領域當中，但是各國卻可各自在所擅長的領域發展所特殊應用。
由於傳統IC細微化即將達到極限，要想將這個前鋒邊緣推得更遠，以尋求更快且省能源的電晶體，我們不但要探索操作原理跟傳統相當不同的新型的IC－例如：製作只用一個共振穿隧電晶體的邏輯閘、用一個共振電晶體來做記憶單元的記憶體…等－甚至必須觸及背後所蘊藏奇異詭譎的量子效應問題。未來奈米科技所發展出的量子電晶體其應用重點不只是降低元件的尺寸，或者增加單一元件的速率而已，而是利用這些新元件從事特殊的功能。
本文所探討的奈米電子技術之研究範圍包括以下三部分：1. 奈米電子元件(Nano Electronics)：包括SiGe量子元件、自旋電子(Spintronics)元件、新介電材料(New Dielectric Materials)、奈米碳管元件(CNT Devices)、量子元件 (Quantum Devices)、單電子電晶體(Single Electron Transistor, SET)、SiGe 光電元件/IC、SiGe 共振穿隧二極體/HFET、奈米構裝技術。2. 奈米機電技術(NEMS)：包括奈米探針/奈米操控系統 (Nano Probe/Manipulation)、奈米製造技術 (Nano Fabrication)。3. 奈米光電技術(Nano Photonics)：例如Quantum Dots (III-V)、T-bit data storage、Nano-electronic Display。
本文首先從美國、日本、南韓…等國家檢視全球奈米電子的發展現況，然後檢視我國在奈米電子元件、奈米顯示元件、奈米機電技術…等各技術研究群的發展現況，於是指出未來全球特別值得注意之奈米電子(包括：奈米碳管、電子元件及應用、場發射顯示器、掃描探針顯微術…等四方面)的發展趨勢，最後從我國奈米電子的優劣勢分析、推動架構、發展策略…等方面說明推動策略，並於結論中建議我國奈米電子應該搭配的推動方案。
表一 本文研究架構資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2002/01)
第二章 全球奈米電子的發展現況
一、美國奈米電子技術的研發現況
2000年1月美國前總統柯林頓推動 「國家奈米技術策略(NNI)」讓資訊技術(IT)革命興盛而帶動美國的景氣，當時被認為是柯林頓政府的一大得意政績。在2000年底舉行的國際電子裝置博覽會(IEDM)中，包含IBM、朗訊、英特爾、美國加利福尼亞大學…等機構相繼表示將開發出僅分子或原子般大小的奈米級半導體，正式為奈米級半導體時代揭開序幕。美國2000年更已編列4.23億美元經費，進行奈米技術開發。美國目前在奈米技術方面的研究中，是以合成、化學品、生物…等方面處於全球領先地位，而在奈米裝置∕設備的生產、陶瓷及其它結構材料方面則略遜於日本。但是美國仍將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域，以其具壓倒性優勢的「資訊」與「生物技術」與奈米技術融合；2001年美國更投入約5億美元加速奈米技術的研究，其600件研發計畫經費中大學和民間分佔七成和三成。另外在產業界方面，2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造！雖然該公司已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是對於商品化的時間初步認為大約是在2010年。
二、日本奈米電子技術的研發現況
1. 以能源、奈米IT、生命科學、環境為四大發展目標日本在奈米技術的基礎研究方面較晚於歐美國家，但在應用技術方面卻凌駕歐美。2000年日本成立「奈米技術發展戰略推進會議」組織，制訂出國家奈米技術研發策略，並N奈米技術列為新五年科技基本計畫的研發重點。在日本國家奈米技術研發策略中，訂定有能源、奈米IT、生命科學、環境四大發展目標，在這四大領域中，總計有147個研發項目。過去日本在超微細加工方面表現得相當突出，基礎研究也做得不錯，目前則是在奈米設備和強化奈米結構領域坐擁全球優勢。日本已在2001年5月初成立一個名為「奈米技術推進會」的官方組織，整合產、官、學界，將分為DNA晶片、奈米碳管(Carbon Nanotube) IC、無機奈米材料等獨立計畫。日本該項研究基地位於關西，除有多所一流大學及產業研究單位投入外，還吸引包括松下電器、武田藥品、住友化學、三菱電機、NEC…等91家業者參與，規模相當大。
2. 日本新設奈米電子相關研究所受到美國將奈米研發工程列為國家重點計畫的刺激，日本各國立大學、政府研究機構等紛採取產學合作模式，設立奈米研究所(如下表二所示)以對抗美國的研發攻勢。設立奈米研究所的學術機構，包括東京大學、大阪大學、東京工業大學、東北大學、隸屬文部科學省的獨立法人「物質材料研究機構」等，投入研究計畫的學術人員總計約數百人。東京大學的「Nano Material Center」於2001年成立，製作高分子、金屬等材料物質的資料庫，以進行新材料的研發工程。大阪大學將於2002年4月成立「產業科學Nano-technology Center」，旗下分材料、生化等10個研發部門，未來重點將置於產業應用，研發可植入人體的:奈米生物晶片。東京工業大學的「量子Nano-electronics Center」，將進行量子計算機用基礎元件開發，量子計算機可在瞬間完成超級電腦需時1年的演算作業。為此，東京工業大學將斥資40億日圓，在2003年於筑波市建設相關材料的研發設施。東北大學則與夏普等9家民間企業合作，進行半導體生產用:奈米技術研發。此外，在日本總合科學技術會議即將開會決定的「次期科學技術基本計畫」中，已將:奈米技術列為重點戰略研發計畫。企業界則有奈米技術產業化計畫，富士通亦自行成立研發超高速電腦的奈米研究所。
表二 日本新設立奈米研究所據點及其研究內容
學術機構
研究單位
設立時間
研究計劃內容
東京大學
2001年
製作高分子、金屬等材料物質的資料庫，以進行新材料的研發工程。
大阪大學
產業科學Nano-technology Center
2002年4月
旗下分材料、生化等10個研發部門；未來重點將置於產業應用，研發可植入人體的奈米生物晶片。
東京工業大學
量子Nano-electronics Center
2002年4月
將進行量子計算機用基礎元件開發，量子計算機可在瞬間完成超級電腦需時1年的演算作業。將斥資40億日圓，在2003年於筑波市建設相關材料的研發設施。
東北大學
未來情報社會研究館
2001年10月
與夏普等9家民間企業合作進行半導體生產用奈米技術研發。
物質材料研究機構
Nano材料實驗
2003年完工
高性能材料
理化學研究所
考慮設立大型研究機構
-
-
富士通
Nano-technology Research Center
2000年12月
研發超高速電腦的奈米研究所資料來源：日本經濟新聞 (2001/03) ；工研院經資中心ITIS計畫 (2002/02)
三、南韓奈米電子技術的研發現況
南韓科學技術部宣佈2001年將投入230億韓元(約1,821萬美元)發展奈米技術，尤其對於Tera級半導體元件，爾後10年每年還要追加154億韓元發展。此外，2001年將挹注52億韓元，成立4座研究中心，藉以培育人力。
南韓政府亦已在日前勾勒出研發願景，希望能夠在2010年前發展成為全球10大握有奈米技術的國家之一。為實現該項願景，南韓政府2001年也正式敲定將投注1.37兆韓元，進行奈米相關技術研發、扶植人力，並進行基礎設施。南韓的計劃中想要發展出34項關鍵技術，並培育出1.3萬名技術人才。
南韓在2000年4月與美國的學術界就已攜手開發出奈米碳管電晶體(Carbon Nano-Tube Transistor)，這在國際合作上特別值得我國借鏡與參考。
四、綜 整
此外，歐洲方面對奈米技術的投入也已達數億美元之譜，更將奈米技術列入歐盟2002~2006年科技研發計畫重要項目。目前歐洲在塗層和新儀器應用方面處於領先地位。
中國大陸在80年代就著手於奈米技術的基礎與應用研究，更將奈米技術研究列入為國家「攀登計畫」「863計畫」和「火炬計畫」項目，投注總經費約達700萬，參與的企業有100多家。未來，中國大陸每年將投入約5億人民幣在奈米科技領域。
表三 各國奈米電子的研究發展動向
項 目
說 明
備 註
美國：?政府
2000年1月美國前總統柯林頓推動「國家奈米技術策略(NNI)」，讓資訊技術(IT)革命的興盛能帶動美國的景氣。
當時被認為是柯林頓政府的一大得意政績。
?優勢
雖然在奈米裝置、奈米設備、陶瓷、其它結構材料方面略嫌遜色。
但其合成、化學品、生物方面則處於全球領先地位。
?策略
將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域。
以其具壓倒性優勢的「資訊」與「生物技術」與奈米技術融合。
?經費
2001年美國更投入約 5億美元加速奈米技術的研究。
其600件研發計畫經費中大學佔七成∕民間研究佔三成。
?IBM
2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造；
雖然IBM已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是業界對於商品化的時間初步認為大約是在2010年。
日本：?政府
2000年日本成立「奈米技術發展戰略推進會議」組織，制訂出國家奈米技術研發策略。
並將奈米技術列為新五年科技基本計畫的研發重點。
?優勢
日本在奈米技術的基礎研究方面較晚於歐美國家。
但在應用技術方面卻凌駕歐美。
日本在超微細加工方面表現得相當突出，基礎研究也做得不錯，據推估5~10年後就能和美國相抗衡。
目前則是在奈米設備和強化奈米結構領域坐擁全球優勢。
?目標
訂定有能源、奈米IT、生命科學和環境四大發展目標。
在這四大領域中，總計有147個研發項目。
?經費
2001年度獨立行政法人的分配研究預算為295億日圓。
指定以奈米技術為核心的「材料」領域為四大新科學技術重點領域之一。
?政府
希望能夠在2010年前發展成為全球10大握有奈米技術的國家之一。
2001年正式敲定將投注1.37兆韓元，計劃發展出34項關鍵技術，並培育出1.3萬名技術人才。
?國際合作
2000年4月南韓與美國的學術界已攜手開發出奈米碳管電晶體(Carbon Nano-Tube Transistor)。
歐洲：?經費
對奈米技術的投入也已達數億美元之譜。
更將奈米技術列入歐盟2002~2006年科技研發計畫重要項目。
?優勢
在塗層和新儀器應用處於領先地位。
中國：?計劃
在80年代就著手於奈米技術的基礎與應用研究。
更將奈米技術研究列入為國家「攀登計畫」「863計畫」和「火炬計畫」項目。
?經費
投注總經費約達700萬，參與的企業有100多家，未來每年將投入約5億人民幣。
中國大陸之後又在「奈米論壇」中宣稱預計五年內投入150億人民幣！
資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2001/08)
第三章 我國奈米電子的發展現況
一、工研院電子所發展的奈米電子元件
工研院電子所整合全院的前瞻計畫，將以自旋電子(Spintronics)、新介電材料(New Dielectric Materials)、奈米碳管元件(CNT Devices)、量子元件 (Quantum Devices)等4個主題切入，期望未來能利用奈米技術大幅提升晶片密度與速度、降低消耗功率，並結合台灣完整的半導體產業基礎朝3C的應用上發展。?自旋電子元件與製程技術除了在磁性記憶體方面，建立大面積磁性薄膜成長技術、磁性記憶元件與CMOS整合技術和讀∕寫機制驗證外，亦發展室溫操作、高注入效率之自旋電晶體元件設計與開發。?新介電材料方面則開發高介電材料將取代傳統的二氧化矽(SiO2)而大幅縮小漏電流，並符合未來奈米元件基本電性的需求。奈米碳管元件乃利用奈米碳管小尺寸、高導通電流密度、高導熱度…等先天材料特性，將可突破現有電子元件限制而達到更好效能與元件密度。?量子元件研發可分為矽鍺元件(SiGe Devices)和單電子電晶體元件(Single Electron Transistor；SET)兩類，前者主要利用其異質介面、晶格不匹配的特性，形成奈米尺寸的量子點與量子井結構，製作新的相關光電元件，增加矽半導體之新應用領域；後者主要開發室溫下能夠操作的單電子電晶體，並製成具低消耗功率、高集積密度與低漏電流之積體電路。
二、工研院電子所發展的奈米顯示元件
從1992年經濟部科專計畫支持的FED基礎技術研發開始，電子所已陸續開發出高亮度3吋FED實驗樣品和4吋商品規格樣品。隨著全球相關技術的進步與元件特性被證實，數年前研發團隊在尚無標準化製程及材料可資依循的情況下，即對奈米材料及製程進行評估與技術改良，也因此電子所FED技術由1999年的薄膜式(Spindt) FED製程精進至CNT-FED的厚膜網印製程，朝無視角限制、高亮度、低成本以及省電的大尺寸平面顯示器邁進。從奈米碳管材料的配製、陰陽極板的製成、網印、陰陽極板的封裝到CNT-FED的產生，完全由研發團隊於工研院的實驗室內完成。工研院電子所(ERSO/ITRI)於1999年初，開始將FED的陰極技術由薄膜製程轉換到厚膜製程，並於同年的7月於IVMC'99提出二極CNT-FED，隔年5月於SID'00展示7-segment之CNT-FED，及一全新結構之reflective CNT-FED，並於今年SID'01展示運用於車用顯示器之4吋CNT-FED (如下圖一所示)，另將於2001年底完成10吋QVGA彩色CNT-FED，至目前為止，電子所之CNT-FED計畫已完成8篇國際論文發表，以及16項國內外專利之產出，並已有廠商參與研發。CNT-FED此項前瞻性技術目前在國際上僅有Samsung、ISE電子、NEC…等廠商進行研發中。電子所正與工研院化工所、材料所合作發展，朝10吋厚膜全彩FED技術前進。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖一 工研院電子所的CNT-FED效果及截面
三、工研院材料所應用奈米材料於各型顯示器
目前顯示器主流技術仍以液晶顯示器為主，有機電激發光顯示器及電槳顯示器為輔，另正興起的場發射顯示器亦將因技術精進而朝高精細及大型化的趨勢發展。其中有機電激發光顯示器所需材料在近幾年已逐步應用奈米材料科技，使得此項顯示技術有所突破；目前多彩OLED顯示器已商品化，正邁向全彩OLED量產技術開發中。另外液晶顯示器及場發射顯示器相關材料領域在未來五年內，也將因奈米科技應用而有技術突破，材料趨勢朝複合化、輕型化、薄型化、大型化及低成本發展，以提升LCD及FED產業創新性及競爭力。
預計工研院未來五年將藉奈米科技結合現有技術，將平面顯示器研發方向鎖定在厚膜網印型場發射源技術與整合型可撓式TFT-LCD基板技術。
?前者製程技術採用厚膜網印方式，將使FED不但具有薄型、高亮度、高對比、廣視角、反應速度快、低功率消耗等性能，且能以大面積及低成本製造；其開發重點包括奈米碳管的量產技術、新穎模板型場發射源材料及製程、奈米材料場發射源元件製作…等，可望解決現存 CNT-FED均勻性不良、高成本、壽命…等問題。
?至於整合型可撓式透明基板技術則是以奈米混成基材為主軸，再整合偏光、廣角、高彩、配向…等特性技術，使LCD面板厚度可降至0.5毫米，具輕、薄及低成本等優勢，未來更可朝大量整捲式連續生產製程技術(Roll-to-Roll)發展，藉著奈米科技的應用，將使得FED與LCD材料有跳躍式創新。
四、工研院機械所發展的奈米加工及顯微技術
為配合未來國內半導體產業、精密機械產業、資訊電子產業之需求與技術發展趨勢，工研院機械所乃規劃研提「奈米工程及設備技術研究四年計畫」(1998~2001)以建立微元件製造∕設備∕檢測技術、微組件∕微系統組裝及檢驗技術、機∕光∕電∕磁之微系統整合與設計技術…等以應用在未來精密微小多功能之產品，進而協助國內廠商建立奈米加工技術及微機電系統技術，並提升產業整體的國際競爭力。包括：
1. 奈米加工及微製造技術?發展矽晶圓和陶瓷基板之延性加工技術及拋光技術(如下圖二所示)。
2. 奈米設備技術?發展微放電加工機器設備之硬體設計及軟體開發能力。?發展複合微機械元件加工機器設備之硬體設計及軟體開發能力(包括：微電鍍、能量東加工、AFM加工…等)，並建立微元件組裝及檢測技術。
3. 奈米元件與系統技術?發展微機電系統關鍵零組件之設計及微元件積體化特殊製程技術?整合微致動器、微感測器、微控制器…等以發展智能化、積體化之微機電系統。
首先根據年度計劃目標的需求進行設計規劃，並在通過審查定案後成為本工作項目的執行藍本；另外將與計劃相關之基礎研究，以學校委託合作計劃方式，請具備相關研究能力之國內學術單位進行研究。
接著針對定案的設計方案提出所需的設備功能之驗證方法，即所謂的驗證規劃，並於通過審查定案後成為各項設備功能之驗證依據。然後根據定案的設計規劃方案開始執行各項設備之相關設計。
在各項設備之設計初步定案後，提出設計報告並進行審查與修改，而定案之設計報告成為設備細部執行之依據，而計畫內將進行研製的各項設備之詳細說明如下所示：(1)複合微放電加工機(如下圖三所示)：開發完成之微放電加工機定位精度達1um，電極修整達φ20um，除可加工一般金屬材料外，亦從事非金屬材料之加工研究(如下圖四所示)。(2)原子力顯微加工機(如下圖五所示)：研究重點在於奈米定位技術、加工探針技術、系統整合技術…等，目前已完成雛型機之開發並驗證功能中。(3)近場光學加工機：本項研究重點在於近場光學加工機制之建立、光纖針頭試製、精密定位裝置之研製…等，預計未來可應用於資料儲存。
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖二 超精密基板延性加工技術關鍵技術與製程設備
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖三 微放電加工機
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖四 微放電加工元件
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖五 AFM加工機
五、工研院光電所奈米級儲存光碟
以光儲存的觀點來看，光點大小決定了儲存容量的大小，也就是較小的光點才能讀寫較小的訊號點，也才能有較大的儲存容量。以一片12公分的光碟片而言，CD的儲存容量為650MB，DVD單面單層的儲存容量為4.7GB，而未來進入到奈米科技時代，以一個次奈米級(Sub-Terabyte)來說，存容量約100GB，而奈米級(Terabyte)可能的儲存容量將大於1000GB，所以未來如發展到奈米級儲存光碟片，其容量將是現在的DVD光碟片的數百倍。
目前世界上有多項積極開發達到奈米級儲存的技術，例如：近場儲存技術、光寫磁讀技術、光碟刻版技術、超解析近場光碟片技術、3D儲存技術…等；工研院光電所已結合院內相關科所組成奈米存儲研發團隊，並與國內研究單位如中研院、台大…等，定期開會研究，積極朝次奈米及奈米級的技術努力，預計在五年內會有成果呈現。
六、工研院光電所∕化工所共同投入開發奈米光通訊
「光纖到家」絕對是解決頻寬問題的最終方案，但始終窒礙難行，根本問題在於光通訊元件的成本昂貴，其中，最主要原因在於處理元件的體積相當大，尚無法像電子元件一樣，被整合於其一，也導致光通訊元件的生產成本無法降低。現階段工研院的奈米光通訊計畫係已整合光電所與化工所兩方的研發團隊，共同投入奈米光通訊技術的研發，該計畫將著重在光子晶體、量子點長波長雷射、非線性光學材料技術上，並開發具自排性質的奈米材料及奈米製程技術，使光通訊元件所製出的特殊奈米結構有突破性的發展，奈米光通訊技術可將原來體積很大的光通訊元件縮小約100倍，同時亦可將不同功能的光通訊元件集結在單一的基板上，因此光通訊元件可以使用與IC一樣的製程，用積體電路的方法來製作，大量生產而巨幅降低製造成本，同時縮小光通訊元件的體積。?在光通訊系統中如何穩定光源是光通訊傳輸的必備條件，其中長波長面射型雷射(VCSEL)是備受重視的雷射光源，而量子點長波長雷射最大的優點為高溫度穩定性及低運作電流，是製作光通訊用雷射的熱門材料，光電所以MBE(分子束磊晶法)成長InAs量子點長波長雷射，目前已經完成連續發光邊射型雷射，將提昇國內在關鍵光電元件的技術水準，為台灣光通訊產業建立製作長波長面射型雷射的自主能力跨出重要的一步。?為能達到光通訊元件微小化及低成本的目標，另一項重要之關鍵在開發自排性質之奈米材料，尤其運用有機材料之加工方便的性質，可達到高性能與低成本的雙重優點。化工所將與光電所密切合作，投入有機非線性材料之開發，並以化工所已建立之分子設計技術，建立自排性高分子的合成，排列、製程技術，應用到光通訊系統所需的光開關等多項關鍵元件上。
七、DNAIC公司發展DNA分子IC
DNA作為相關半導體運用是可行的，以DNA為半導體的觀念在全球並非沒有人想到；但是將DNA由半導體轉變為IC元件(如下圖六所示)則尚未出現。DNAIC公司(如下表四所示)選擇用直徑只有2nm的DNA分子做半導體材料，不但有別於目前高污染的酸洗光蝕刻製程，更直接跳脫0.1um (微米)製程的極限，一舉跳躍到0.002um製程，加上DNA分子三度空間的接合能力，讓IC基板上所容納的電子元件數目不斷倍增而達到更高的運算效率。DNA材料不但取得容易，製作過程也符合環保，況且成本低廉；然而目前此技術尚在實驗室階段，面臨量產時的穩定性將是真正的考驗；若果真成功則將是生物與半導體前所未有的跨領域突破。
資料來源：DANIC (2001/06)圖六 用DNA奈米生物技術製程的IC
表四 DNAIC公司
項 目
說 明
備 註
公司資金
2000年9月成立之後的初期實收資本為新台幣3000萬元
核心團隊
張春金 (董事長)
陳柏瑞 (總經理)(26歲擔任)
擁有五位西屋科學獎得主的年輕團隊，成功研發出第一片「DNA Inside」的IC晶片。
發展進度
籌資建置自有的合成實驗室，並預期在2?3年內(近程目標)完成市場化產品開發。
快則2年內即可進入量產，慢則甚至需要5年時間才會成熟。
公司定位
DNAIC為生物技術基礎研究的公司，營業項目包括：建立DNA材料電性數據資料庫、
DNA導線及電子電路元件技術研發、DNA半導體材料製造技術轉移。
核心技術
以DNA作為IC的材料，主要是利用DNA染色技術、抗癌藥物與DNA之間的鑲嵌原理，以及不同的摻質處理與DNA序列的設計。
以此改變DNA雙股螺旋分子間的能隙，控制其導電性，以取代現在的光蝕刻技術。
自有專利
利用染色技術、已發現至少300種可控制並改變DNA能隙與導電性的摻雜材料。
另外，在全球13國的專利申請作業亦已同步展開。
授權專利
未來希望與產業界的合作，採取專利授權及共同開發的方式。
DNAIC將可專注核心IP的基礎研究
目前已取得台灣DNA-Based Integrated Circuit專利，在美國也獲得專利申請的優先權。
已在全球13國同步展開專利申請作業
合作廠商?崇仁科技
為一心室半導管製造商，目前是DNAIC唯一的法人股東。
提供廠房、部分實驗室與器材，出資3億元加蓋無塵室。
?其它廠商
電性測量委外(德儀、海洋大學、交通大學)認證
投資廠商
包括中華開發、台積電、英特爾及威盛在內，均對以DNA作為IC材料在半導體製程應用興趣濃厚。
目標客戶
初期將客戶群鎖定IC設計公司。
提供電路設計所需的電子元件電性參數及製程整合設計。
未來將技術漸次推展至IC製程設備製造商，以及晶圓代工業者。
分別提供製造機台所需參數及關鍵技術，以及DNA電子元件生產技術服務。
競爭廠商
目前英國、以色列都有團隊在進行DNA-IC的奈米生物技術。
(英國甚至還將相關技術列為國家機密加以特別保護)
競合方式
積極與具有互補性的以色列公司尋求合作機會。
資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2001/08)
八、綜 整：我國奈米電子技術研究群
以下將我國奈米電子技術相關研究群綜合整理成如下表五所示：
表五 我國奈米電子技術研究群
年度
研究主題
單位∕學校
計畫主持人
1999-2000
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
林本勝
1998-1999
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
章少衡、 林本勝
1997-1998
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
鄭泗東、林盈熙
2000-2003
雷射及同步輻射在自由基尖端研究之應用
清華大學
陳益佳、李遠鵬
1999-2000
子計畫二:二元C－N材料場效發射顯示技術
台北科技大學機電整合技術
林啟瑞
1999-2000
奈米級三次元量測儀研製---子計畫III
台灣大學機械工程系
張所鋐
1999-2000
奈米級三次元量測儀研製---總計畫
台灣大學機械工程系
范光照
1999-2000
原子力顯微鏡奈米加工技術研究
成功大學機械工程系
翁政義
1998-1999
奈米級三次元量測儀---子計畫II：超精
台灣大學機械工程系
范光照
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫III
台灣大學機械工程系
張所鋐
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫I：奈
台灣大學機械工程系
鍾添東
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫I：奈
台灣大學機械工程系
鍾添東
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---總計畫(I)
台灣大學機械工程系
范光照、鍾添東、張所鋐
1998-1999
原子力顯微鏡奈米加工技術研究(I)
成功大學機械工程系
翁政義
1997-1998
單電子三極體之電荷效應(一∕二)
中央研究院物理研究所
陳啟東
-
利用MBE成長自組裝半導體奈米結構
清大物理系
果尚志
-
STM Observation of B
中山化學所
陳俊顯
資料來源：工業材料 (2001/09)；工研院經資中心ITIS計畫 (2002/02)
第四章 全球奈米電子的發展趨勢
一、何謂「奈米碳管」(Carbon Nanotube) (CNT)
1991年飯島澄男教授(Prof. S. Iijima)在研究碳簇時偶然發現奈米碳管 (Carbon Nanotube) (CNT)，其為直徑只有數個到數十奈米(nm)的多層管狀碳材(圖七)。此後國際上許多的單位投入成長CNT及研究其特性，至於CNT的場發射電子特性，在1995年由A.G. Rinzler…等人首先確立，並被各研究單位持續改善(起始導通電場~1 V/mm，場發射電流密度~mA/cm2-A/cm2)。
依據不同之成長方式，CNT的型態一般可分為單層奈米碳管(SWNT)(直徑為數個奈米)，或多層奈米碳管(MWNT)(直徑為數十個奈米)，且由於碳原子於CNT中的排列結構的不同(包括：Zig-Zag、Armchair、Chiral三種)，可使得CNT成為半導體或導體，造成CNT不僅可使用於FED，更可運用在AFM、儲氫材料、二次離電池、生物醫學、電晶體…等。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖七 單層奈米碳管(SWNT)與多層奈米碳管(MWNT)
二、奈米電子元件及應用
1. 各取所需：數位電腦∕類比電腦數位電腦最重要的特徵是「數據」即使經過數千次的運算也不能有歪曲或是退化的情形，要達到這一點則必須在計算的每一步都能夠絕對確認一個數位的值，這個元件還必須能夠容忍相當大的雜訊。許多研究群正在探討使用這些元件來製作類比電腦的可能性，希望能夠做出來一部機器，這部機器可以做許多數位電腦不適合做的工作(例如：辨識形狀)。除了計算以外，也還有許多其他的應用領域，例如；可以用共振穿隧電晶體做放大器，放大的信號頻率可達到每秒振動4000億次；另外，調制摻雜電晶體也已經商品化了，在衛星接受機上放大高頻信號。
2. 奈米雷射：廣泛應用在3C 在最近的未來，奈米技術當中影響最大的可能是半導體雷射。雙異質結雷射和量子阱雷射都可以做得很小而且效率很高(只需要很低的功率)；又因為它們可以很容易與普通的電路整合，因此生產起來也很便宜，也已經可以製作出超過一百萬個微小雷射的特殊晶片。雖然這些仍在發展的階段，這樣的結構在廣大領域都有許多可能的應用(例如3C：光碟機、雷射印表機、光纖通訊、可攜式的小型高鑑別率電視螢幕、手錶裡的電腦顯示器)。另外，將半導體質粒製成奈米尺度便會閃耀不同波長顏色光，這些奈米質粒稱之為量子點 (Quantum Dots)，由於受量子效應使彩色光波長可藉由奈米質粒尺寸來調控，1.2nm 直徑 Cadmium Selenide 量子點發綠光，而 2.1nm 量子點則發橙黃色光。目前此一現象已用於研製高度靈敏生物晶片，理論上這類發光奈米質粒將可提供不同頻率範圍之雷射及放大器而成為光網路之關鍵元件。
3. 混合應用∕直接競爭、各取所需∕零和競爭然而回顧IC演進的歷史可以發現，開發超越現有矽技術發展慣性的新技術經常需要大量的時間和金錢，幾乎不是一家公司所能單獨負擔，現有的矽技術目前仍然以很快的速率在發展，在發展新技術所需要的時間內，它很可能已經追上來了，甚至功能還可能會超過這個預期的新技術。所以，最可能是能與現存技術混合應用而非直接競爭，例如：在一個普通電路上引進一些量子效應電晶體，在這個晶片上使用幾個速度非常快的元件來做一些特殊的功用。對於未來的微電子技術，環顧許多不同的製作基本元件的方法都發現共同具有的特色，就是它們都調制電信號，依照元件是在「開」或者「關」的狀態(決定元件會不會有電流流過)，可是有愈來愈多的研究者開始懷疑，最適合做這項工作的是不是電子，已經開始嘗試用光束來取代電子流而製作光腦(光學電腦) (或稱光學計算機)－以半導體為基礎的光學開關，製作出具有邏輯閘功能的元件，整合成能進行光學計算的新型電腦。
此外，晶片上元件之間聯繫的問題則可用引進光學連線或者超導連線的辦法來解決，在最近的未來商場上最可能出現的完全使用新技術的應用，很可能就是光學計算機，利用這種系統所具有的大量平行處理能力，可以把它用到像是影像處理之類的問題，這樣就不會與傳統以矽為主的數位計算機進行直接的競爭；況且並不是所有的元件都適合做為數位電腦的基本單元，未來所需要的比一個只會做開關轉換的元件要多得多，有必要同時思考如何在數位∕類比之中各取所需而非零和競爭。
三、奈米碳管場發射顯示器 (CNT-FED)
1. CNT-FED的優點奈米碳管場發射顯示器(Carbon Nanotube Field Emission Display) (CNT-FED)是利用厚膜網印製程及FED技術實現CRT平面化的可能性，不僅保留了CRT的影像品質，並具有省電及體積薄小之優點；同時結合奈米碳管的低導通電場、高發射電流密度、高穩定性…等特性，成為兼具低驅動電壓、高發光效率、無視角問題、省電的大尺寸、低成本…等優點的全新平面顯示器。
2. 場發射顯示器(FED)技術原理傳統的場發射顯示器(FED)之三極結構，由真空封裝 (Vacuum Sealing) 技術將薄膜式的場發射陣列(FEA)所構成之陰極板(Cathode Plate)，與利用厚膜網印法製作成螢光粉層之陽極板(anode plate)，組合於高真空(10-6~10-7 Torr)的環境下，利用FEA所產生的電子源，於陽極電壓(3000-8000V)的加速下撞擊螢光粉使其發光，因此FED為一自發光顯示器，且具備高亮度、高效率、無視角、省電…等優點。其中薄膜式的FEA是由C. A. Spindt所發明的元件結構，可利用半導體薄膜製程，在一玻璃基板上製作出二維分佈(X-Y Matrix)的FEA，為了提高場發射電流的密度，在每個像素(pixel)中排列數以千計的發射尖端(tips)，這些發射尖端的材料一般以鉬(Mo)金屬為主，當施加足夠之電壓於閘極與陰極時，因量子穿隧效應(Quantum Tunneling)，電子即由發射尖端穿越金屬表面之位能障壁進入真空區。
3. 全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商目前全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商中，以美國的PixTech及Sony/Candescent為主，於是可由以下之數據可證實：薄膜式FED之元件與顯示特性，確實可達到保留CRT的影像品質並具有省電、體積薄小…等優點。(1)美國PixTechPixTech擁有場發射顯示器相關之製程技術，委由國內的友達光電代工，推出的產品以5.2吋QVGA (320×240) (1 pixel≒0.33×0.33mm)單色為主(w/o 64 gray scale) (如圖八)，依不同產品規格亮度為120~800nits，功率消耗約為2~5W，目前正研發7吋彩色FED (16:9) (480×234)，將運用於汽車之Video DIsplay。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖八 美國PixTech∕友達光電代工的薄膜式FED
(2)Sony/CandescentSony/Candescent於SID'01展示了兩款顯像品質極佳之FED (如圖九)，一為5.3吋QVGA彩色FED，亮度達1,000 nits且lifetime可達30,000小時以上，另一為13.2吋SVGA (800X600)之彩色FED，亮度為800nits且對比為800:1，因採用特殊製程製作FEA中之閘極洞 (直徑~ 0.15mm)，因此驅動電壓可低於35V。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖九 Sony/Candescent公司的薄膜式FED
4. 半導體薄膜製程製作FED的發展限制：中∕小尺寸然而若利用半導體薄膜製程來製作FED，其建廠的投資額大且受限於製程技術，因此市場將定位於中∕小尺寸，更何況此市場之競爭者已經不少(例如：STN-LCD、TFT-LCD、AMOLED…等)。雖然FED之高亮度、無視角且對環境的容忍度高，可用於軍事、儀器、汽車…等用途，但其屬於利基市場佔有率低，因此若想將FED之市場定位不受侷限於中、小尺寸，甚至朝大尺寸家用TV發展，利用不同的材料與製程方式製作FED勢必才是解決方法。
5. 大尺寸的CNT-FED在大尺寸(30~60吋)之顯示器市場中，CRT雖具備良好的顯像品質，但體積卻過於笨重，投影電視雖可改善體積問題，但顯像品質並不良好，因此整體而言，電漿顯示器(PDP)「似乎」是目前不錯的選擇。PDP的發光原理為利用加電壓方式，使氣體產生電漿而放出紫外線(UV Light)，在經由UV激發螢光粉後放出紅、藍、綠三原色可見光。至於PDP之面板製程，主要是利用網印法搭配薄膜製程製作上下板，最後再利用與FED相同的真空封裝技術，將氖(Ne)與氙(Xe)的混合氣體封入顯示器中。然而雖然大部分的PDP之製程是採用網印法製作，確實可達到大尺寸的目的，但由於基本的元件結構及發光原理特性，造成PDP具有耗電量過大(>200W)，驅動電壓偏高(>100V)，顯像系統複雜、發光效率極低(~1 lm/W)…等缺點。因此若能夠開發出一個全新的自發光平面顯示器，使其不僅將保有薄膜式FED的低驅動電壓(<50v)、高發光效率(>10 lm/W)、高亮度(>500nits)、驅動系統簡單…等特性，同時使用全厚膜網印製程，又可輕易達到大尺寸及低成本的製程優勢。然而受限於厚膜製程之解析度，所能製作出的閘極洞(gate-holes)直徑為20~100mm，若仍使用導通電場高的材料(例：Mo~80V/mm)製作電子發射源，將使得厚膜式FED之驅動電壓為800~4000V，因此尋找並研究具備低操作電場(<3>10 mA/cm2)之電子發射源材料與製程，即成為製作厚膜式FED的關鍵。
6. CNT的製備…運用於厚膜式FED製備CNT方法一般可分為三種：電漿法(Plasma Discharging)，雷射激發法(Laser Ablation Method)，金屬催化熱裂解法(Metal Catalyzed Thermal Chemical Vapor Deposition Method)。但是若要將CNT運用於厚膜式FED中，則可將成長獲得之CNT粉末調成漿料，再利用網印法塗佈成具圖案化的電子發射源；或先將觸媒塗佈在陰極電極上，再利用CVD直接於電極之觸媒上成長出CNT，而此CVD法不僅可運用於厚膜式FED，也可取代鉬金屬微尖端，運用於薄膜式場FED，在FED顯示元件中，局部的真空度變差將引發氣體游離，進而轟擊鉬金屬微尖端，使得尖端形狀改變，也可能由於封裝過程中之污染與氧化，使得鉬金屬表面位能障改變，而影響電子發射能力，若改用CNT將可改善此現象。
7. CNT-FED的競爭廠商至1995年之後，許多的單位研發CNT-FED，並且於各國際會議中，發表其先進的製程技術及元件特性，以下僅列舉其中幾個單位之結果。(1)Samsung SDI Co., LtdSamsung SDI Co., Ltd於1999年5月之SID'99，首次發表4.5吋單色且亮度為450nits之二極結構CNT-FED後，即投入大量的能量於研發CNT-FED，並於同年之IDW發表9吋彩色且解析度為240X576之二極結構CNT-FED (圖十)，於驗證CNT之特性後，在SID'00展示15吋VGA之三極結構CNT-FED，也提出一新的under-gate三極結構，並朝大尺寸面板研發。根據SDI最新的計畫，將於2002年展示1280x768之32吋CNT-FED，2005年為1920X1080之38吋CNT-FED，2006年為1280x768之24吋及1920x1080之42吋CNT-FED。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖十 Samsung SDI公司的CNT-FED
(3)NECNEC於2000年之IDW'00發表三極結構之CNT-FED，由於先前NEC並未發表相關的文章，因此特別引起注意，其CNT-FED之解析度為32X32，Pitch為700mm，一個pixel內有4個閘極，每個閘極洞直徑為100mm，在此三極結構中之導通電場為25V，當操作電壓為100V時，場發射電流密度可達14mA/cm2。
8. 掃描探針顯微術 (SPM)由於微電子元件日趨精密微小，量測的精確度變得相當重要。掃描探針顯微術 (Scanning Probe Microscopes) (SPM)因為可提供適當的奈米級量測，因而確保製造部門嚴格的品質控制與成本的降低。因此，預期未來SPM的市場需求仍會不斷擴大，綜觀其市場與技術趨勢之特色，描述如下：(1)SPM市場成長最快 在顯微技術的應用領域中，SPM正逐漸取代SEM、TEM在許多場合的應用，特別是IBM一直鼓吹半導體廠以SPM替代SEM成為標準的檢測工具；此外，SPM應用在資料儲存系統的技術將愈趨成熟，未來半導體與資料儲存業相信是促使SPM市場快速成長之主要動力。(2)SPM的技術仍在不斷延伸中自STM發明後，各式的掃描探針顯微技術亦蓬勃發展起來，廠商不斷開發具有特定用途的顯微技術，例如在探針上一層磁性材料，以磁力顯微術(MFM)來量測電子結構；其他的後續研發尚包括：磨擦力顯微術(FFM)、靜電力顯微術(EFM)、近場光學顯微術(SNOM或NSOM)、及磁力共振顯微術(Magnetic Resonance Force Microscopes, MRFM)等。這些顯微術均是藉偵測微小探針與樣品表面間的交互作用力，如：穿隧電流、原子力、磁力、近場電磁波、核子磁性動能(Nuclear Magnetic Moments)等來描述樣品表面之特性，均可應用於記錄資料。目前，STM與AFM為顯微技術領域中較成熟之產品，而近年SNOM亦逐漸受到重視。(3)SPM等探針型儲存技術將促進超高密度儲存系統之發展利用探針型顯微術記錄資料，選擇不同交互作用方式會影響資料密度，因此各國研究單位均投入大量的R&D，希望利用探針微小的尖端儲存資料，以期把儲存系統的密度推進到原子級的世界。列出各探針型儲存技術之方法與記錄密度(如下表六所示)：這種奈米級的資料儲存技術應用在高密度高容量儲存系統之市場潛力頗大，根據工研院機械所資料顯示，預期到公元2001年全球高密度、高容量資訊儲存系統之銷售值約210億美元。美國Terastor利用近場光學顯微術(SNOM)將磁光讀寫頭予以改進成近場光學讀寫飛行頭，而發展出近場光碟機。這個新產品較目前市場上的一般光碟機儲存容量大，單面記錄容量超過20Gbytes，且記錄密度可達12Gbits/inch2，但價格較相同容量之光碟機便宜；並且這個近場光碟機擁有讀取速度快，信賴度高之優點。
表六 探針型儲存技術之記錄密度
方法
顯微鏡種類
記錄材料
記錄密度(G bits/in2)
移動原子或分子
STM
Xe/Ni(110)
550,000
加熱寫入
AFM
PMMA
17
化學結合
STM
石墨
18,000
機械加工
STM
矽
2,000
金屬蒸發
STM
金
1,000
電荷儲存
AFM
SiNx/SiO2/p-Si
27
磁氣記錄
MFM
CoCr/NiFe
7
近場光學
SNOM
(Co/Pt)n
45
相變化記錄
AFM
GeTeSb
1,000
資料來源：工研院機械所 (2000/12)
(4)SPM技術將朝更高解析系統發展SPM在作為晶圓檢測工具時可提供達到水平或垂直尺寸1nm之解析度；IBM一直致力於這方面的研發，希望能將SPM解析度提高到2pm，此外藉助電腦影像法則亦可改善解析度之表現。(5)SPM的功能與效能將愈來愈強AFM技術不論是在懸樑尖端(Cantilever Tips)之製造，或是在探針尖端與樣品間定位技術方面，均有長足的進步。這些技術的改善，令工程師能更輕易地量測樣品的3-D結構，從而使製程品質得以持續地精進。(6)SPM在生物材料方面之應用深具潛力SPM用在分子奈米技術之研究上，特別注重可用來控制化學交互作用的反應尖端(Reactive Tips)之特性。藉著探針尖端的適當組合，研究者可促成分子達到所設計的化學結合(Chemical Bonding)。它的最終目標是要建造一個一般用途的握爪(gripper)或接受器(receptor)，當微小尖端安置在顯微探針上時，這個握爪或接受器可以依不同的反應選取不同的探針尖端，使這套系統就如標準化的chuck一樣。這項技術的研發成功，將使奈米技術應用在生物材料(Biological Materials)之市場潛力無窮。
四、全球奈米電子的產值
根據美國白宮國家科技委員會等單位對奈米技術的期許，估計未來10~15年間奈米技術的相關產品市場價值每年有機會達到一兆美元，如果將材料、電子、醫藥品、化學工業、航太、量測工具等分開計算，材料方面產值每年約3400億美元而居各類之冠；屬於電子方面的半導體工業則每年產值將達3000億美元，產值之大使奈米科技已成為各國爭相投入研究的領域。
第五章 我國奈米電子的推動策略
一、我國奈米電子競爭優劣勢分析
發展奈米電子優劣勢幾乎很多取決於我國IC產業國際競爭力，綜合分析歸納如下(如下表七所示)：
1. 優勢(1)人才：國內高等理工教育普及發達，素質整齊，而且成本相對低了許多，員工又願意全力投入，不太計較工時長短。在國內半導體工業已具備國際競爭力及獲利頗豐、地位受重視的情形下，被吸引而投入的人才日增，形成良性循環。(2)資金：雖然新廠投資額日益龐大，不過在獲利頗豐的狀況下，加上投資界十分看好IC工業的前途，所以大廠較無後顧之憂，但小公司則可能受到排擠。(3)公司實力：經營階層具備極靈活彈性、有殺傷力之策略運用能力，成本控制力十分強，代工地位他國難以搖撼。(4)相關與支援產業：高度專業分工體系，地理群聚效果顯著，可相互在最短時間內取得協調及配合。上下游均可集中資源，投注於本身熟悉之領域。(5)政府政策：持續的政策支持與賦稅優惠，營造很好的產業環境。
2. 劣勢(1)人才：尖端產品設計人才不足，欠缺創新能力。(2)技術：關鍵技術及產品發展趨勢無法掌握，除了製程及封裝能力不錯外，其他部份仍有待加強，尤其是產品設計研發技術十分薄弱，又欠缺專利談判籌碼，智財問題已日漸顯現中。(3)公司實力：大多數公司規模仍小，缺少經濟規模，風險承擔力弱。縱使是大公司，在行銷、通路方面，也仍有很多要努力的地方，國際化經營實力目前仍嫌不足。
表七 台灣目前的競爭優劣勢分析
項 目
優 勢
劣 勢
人 才
國內高等理工教育普及發達，素質整齊，而且成本相對低了許多，員工又願意全力投入，不太計較工時長短。
尖端產品設計人才不足，欠缺創新能力。
資 金
雖然新廠投資額日益龐大，不過在獲利頗豐的狀況下，加上投資界十分看好IC工業的前途，所以大廠較無後顧之憂，
但小公司則可能受到排擠。
技 術
除了製程及封裝能力不錯外，
關鍵技術及產品發展趨勢無法掌握；其他部份仍有待加強，尤其是產品設計研發技術十分薄弱，又欠缺專利談判籌碼，智財問題已日漸顯現中。
公司實力
經營階層具備極靈活彈性、有殺傷力之策略運用能力，成本控制力十分強，代工地位他國難以搖撼。
大多數公司規模仍小，缺少經濟規模，風險承擔力弱。縱使是大公司，在行銷、通路方面，也仍有很多要努力的地方，國際化經營實力目前仍嫌不足。
相關與支援產業
高度專業分工體系，地理群聚效果顯著，可相互在最短時間內取得協調及配合。上下游均可集中資源，投注於本身熟悉之領域。
欠缺奈米製程模擬及元件設計所需要的軟體程式。
政府政策
持續的政策支持與賦稅優惠，營造很好的產業環境。
資料來源：工研院經資中心 (2001/08)
二、我國奈米電子推動架構
國內目前為止只有工研院在經濟部科專計畫長期支持下有累積相當足夠之材料/化工/量測/微機電/光電/電子/資訊/通訊等奈米技術所需的基本研發能量，也有奈米碳管、量子點…等之初步研發成果。
工研院已組成跨領域團隊(如下圖十一所示)，積極規劃包含奈米材料、奈米電子、奈米加工、奈米量測…等技術，以建構完整之奈米技術研發藍圖，開創我國奈米技術發展之契機。規劃中之國際級奈米技術研發中心，包括技術團隊與研發場所，將可有效協助國內相關之產學合作研發與產業育成，並吸引國際大廠與人才進駐研發。
資料來源：工研院電子所 (2001/08)圖十一 我國奈米技術發展架構(以ITRI為例)
三、我國奈米電子發展策略
為了使我國的奈米技術具有自主性的發展，在初期應以人才培訓(技術論壇、國際研討會、國內外受訓)為重點，充分結合國科會∕學術界(分工整合、爭取時效)、產業界 (育成創業、先期參與) 進行合作，從IP策略(原創、應用、設計)做思考核心，等到發展方向更加確立之後，再充分實力進行國際合作(對等、互補、共享) (如下圖十二所示)。
資料來源：工研院電子所∕經資中心ITIS計畫 (2001/08)圖十二 我國奈米技術發展策略
第六章 結論與建議
一、結 論
1. 跨出國門並朝向「次世代電腦」架構發展美國以其具壓倒性優勢的資訊、生物技術與奈米技術融合，日本則訂定有能源、奈米IT、生命科學、環境…等四大發展目標，所設立的奈米研究所更大膽朝向可植入人體的奈米生物晶片、量子計算機用基礎元件開發，業者(如：富士通)甚至也成立研發超高速電腦的奈米研究所共襄盛舉，而後起的南韓也在2000年4月與美國的學術界攜手開發出奈米碳管電晶體。總總跡象顯示，奈米電子技術的發展必須「跨出國門」並朝向「次世代電腦」架構發展才有機會列入全球主流之列。例如，在前瞻創新科技與工研院結盟的MIT媒體實驗室研究的廣度從非常「軟」的人機介面與網路代理人(Agent)，到非常「硬」的奈米感測(Nano Sensing)與分子機器(Molecular Machines)，從「軟硬兼施」的三次元立體影像(Spatial Imaging)，到情緒運算(Affective Computing)與可觸式媒體(Tangible Media)，結合科技、人文社會、藝術的人才，尋求無疆界的創新，則可為我國研發創新的標竿。
2. 「數位電腦∕類比電腦」應朝混合應用∕各取所需的方式演進未來奈米科技所發展出的量子電晶體其應用重點不只是降低元件的尺寸，或者增加單一元件的速率而已，而是利用這些新元件從事特殊的功能(這些功能需要很多個一般電晶體才做得到)。另外，未來在奈米電子元件及應用方面，應該會朝向如前所述的「數位電腦∕類比電腦」的「混合應用∕各取所需」方式演進，而非「直接∕零和」競爭。
3. 有足夠的時間追上「量子電腦」的新時代矽晶片在短短幾十年間走過一條高速成長之路。30奈米晶體管技術將使矽晶片可以容納4億個晶體管，但這種增長不可能永遠持續下去，因為矽晶片將很快走向終結！誰會成為傳統的矽晶片電腦的終結者？目前科學家看好光電腦、生物電腦、量子電腦，其中又以量子電腦呼聲最高。
2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造！雖然該公司已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是對於商品化的時間初步認為大約是在2010年，從積極面來說：我們可能還有足夠的時間追上此波「量子電腦」的新時代。
二、建 議
1. 百億元經費經費從何而來？該如何分配？雖然行政院召開的科技顧問會議中預定將奈米科技納入國家型計畫，根據初步規劃的奈米科技發展策略最快在92年度可以正式整合國科會、工研院、經濟部三方資源，經濟部也研議在5年之內投入100億元的經費，但是百億元經費從何而來？該如何分配？將是非常值得思考的問題。若大致將總經費分成「既有」與「新增」兩部分，則其無中既有的部分是指主管部會內部科專計畫的調整，而新增部分則是立法院每年通過的科技預算。若再將經費其中80億應用在奈米科技產業化，則剩下只有20億元在奈米基礎科學的研究與應用，然而目前相關單位這對種類似「80∕20法則」的觀點見解不一，例如：國科會則認為奈米科技方處萌芽階段，所以應該等基礎科學的研究與應用漸次有成果後，再逐漸調整經費分配比例，提高商業應用方面的比重；但是反觀經濟部則認為經費分配是策略性問題，基礎研究不足的部分可透過國際合作方式移轉他方資源，等到業界的奈米商品推展成功之後，業界有錢則可以回饋給學界而補強基礎研究工作之不足。除了台灣要發展奈米科技除了資源配置尚無共識外，在觀念、人才、制度等層面亦亟改進，其無中台灣整個社會普遍缺乏科學、高科技、創造…等各方面的熱忱將是最令人隱憂，以此觀之則國家型奈米科技計畫在基礎研究和應用部分的經費分配比率實在偏低，至少應該提高至30%，著眼於長遠上的人才、心態、制度、企圖心…等面向來看，奈米科技的人才培育應該要趁早。以美國為例：他將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域，以其具壓倒性優勢的「資訊科技」與「生物技術」與奈米技術融合；2001年美國更投入約5億美元加速奈米技術的研究，其600件研發計畫經費中大學(基礎研究)∕民間(商業應用)比例就是「70∕30法則」了。
2. 獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果目前最迫切的難題應該是注意相關主管單位「心胸」是否足夠開放，否則只是一天到晚為自己在搶錢而已；其次審核計畫時獎優汰劣應分明，因為台灣實在太小了，人情派系包袱何其沉重，要想達到公正評判實在很困難，但是最起碼不要讓計畫主持人「在結案前換將(其實是繞跑)」才能確實檢驗計畫成果並記取教訓，磨練出未來堪當大型計畫重責大任的科技棟樑。
3. 我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基奈米科技是一個相當前端的技術，在1990年以前這個領域還不存在，所以奈米科技是剛興起的領域，最多也不過10幾年，有些東西甚至只有5年，由於這個領域很新又具前瞻性，落後差距則視所應用之各個不同領域的個別情況而定。以材料方面為例，台灣的奈米碳管約落後國際間3~5年，半導體微粒部分差距就不大，落後最多的應該是奈米生物科技，所以建議我國應先從半導體材料開始發展奈米科技比較有利基，台灣廠商比較擅長採購材料，據此然後發展共商業化的製程及應用。
4. 建議政府應該開放大陸科技人士來台大陸在奈米科技論文發表居全球第三位，特別是最近三年大陸留美、留歐的人才大量回籠，這些人出國的時間點又剛好是國外奈米科技萌芽的起步階段，回大陸以後剛好可以貢獻所學。反觀台灣的留學潮約在1980年代開始已經陸續回籠，現在也回來得差不多了，但是年輕一輩學生出國留學的意願不高(例如：寧願到台積電、聯電工作)，很多教授這5年已經沒有機會幫學生寫推薦信了，學生不願意出國留學是一個非常明顯的大問題。然而人才的問題著急也沒有用。台灣目前在人才的「質」與「量」都不夠，所以建議政府應該開放大陸科技人士來台，短期的措施是鼓勵其他領域的人才轉行加入奈米科技領域，長期則要訂定人才的培育計畫。
5. 亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配除了經費問題費思量之外，在研究人員的企圖心和創意方面，奈米科技計畫在規劃上也存在幾項盲點：有些計畫整合性不足…有點像是「湊合」出來的；有些則是計畫創意、創新性不夠；有些子計畫主持人較弱；有些看起來就像儀器採購清單；有些似乎只是「微米」也號稱「奈米」(甚至美國也同樣有此現象)。國內目前著手進行的奈米基礎研究，多著重應用層面，能發揮的創意有限，加上從材料觀點切入者多，亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配。
6. 建議我國奈米(電子)發展推動方案(1)亟待促成「奈米社會研究社群」從社會學的角度評量奈米對人類生活方式的影響，中研院社會所、(台,清,交)各大學人文社會學院，注意奈米對國家競爭力、產業演進、消費市場…等的影響。資源有限，自然衍生分配課題，亦如跨領域計畫一樣免不了有整合的老問題，在各國積極朝向奈米科技發展的同時，台灣能否搭上這班列車？以上所述將是重要關鍵。(2)奈米創意投資社群藉由「奈米創意投資社群」可激盪出適合奈米技術的Business Model，甚至輔導研發人員提出創業計劃。
本文首先從美國、日本、南韓…等國家檢視全球奈米電子的發展現況，然後檢視我國在奈米電子元件、奈米顯示元件、奈米機電技術…等各技術研究群的發展現況，於是指出未來全球特別值得注意之奈米電子(包括：奈米碳管材料、電子元件及應用、場發射顯示器、掃描探針顯微術…等四方面)的發展趨勢，最後從我國奈米電子的優劣勢分析、推動架構、發展策略…等方面說明推動策略，並於結論中建議我國奈米電子應該搭配的推動方案，其中特別提出「百億元經費經費從何而來？該如何分配？」、「獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果」、「我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基」、「建議政府應該開放大陸科技人士來台」、「亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配」…等諸多面向的思考議題，最後在我國奈米電子發展推動方案中，除了建議成立「奈米製程模擬中心」「奈米元件設計中心」「奈米系統技術人才」之外，特別呼籲促進「奈米社會研究社群」「奈米創意投資社群」的形成，從中激盪出適合奈米技術的Business Model，甚至輔導研發人員提出創業計劃，進而注意奈米對國家競爭力、產業演進、消費市場…等的影響。
目 錄
第一章 緒 論 1一、研究緣起及範圍 1
第二章 全球奈米電子的發展現況 4一、美國奈米電子技術的研發現況 4二、日本奈米電子技術的研發現況 51.以能源、奈米IT、生命科學、環境為四大發展目標 52.日本新設奈米電子相關研究所 5三、南韓奈米電子技術的研發現況 7四、綜 整 8
第三章 我國奈米電子的發展現況 11一、工研院電子所發展的奈米電子元件 11二、工研院電子所發展的奈米顯示元件 12三、工研院材料所應用奈米材料於各型顯示器 13四、工研院機械所發展的奈米加工及顯微技術 141.奈米加工及微製造技術 152.奈米設備技術 153.奈米元件與系統技術 15五、工研院光電所奈米級儲存光碟 19六、工研院光電所∕化工所共同投入開發奈米光通訊 19七、DNAIC公司發展DNA分子IC 21八、綜 整：我國奈米電子技術研究群 23
第四章 全球奈米電子的發展趨勢 24一、何謂「奈米碳管」(CARBON NANOTUBE) (CNT) 24二、奈米電子元件及應用 251.各取所需：數位電腦∕類比電腦 252.奈米雷射：廣泛應用在3C 263.混合應用∕直接競爭、各取所需∕零和競爭 26三、奈米碳管場發射顯示器 (CNT-FED) 271.CNT-FED的優點 272.場發射顯示器(FED)技術原理 283.全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商 284.半導體薄膜製程製作FED的發展限制：中∕小尺寸 305.大尺寸的CNT-FED 316.CNT的製備…運用於厚膜式FED 327.CNT-FED的競爭廠商 328.掃描探針顯微術 (SPM) 34四、全球奈米電子的產值 37
第五章 我國奈米電子的推動策略 38一、我國奈米電子競爭優劣勢分析 381.優勢 382.劣勢 39二、我國奈米電子推動架構 40三、我國奈米電子發展策略 41
第六章 結論與建議 42一、結 論 421.跨出國門並朝向「次世代電腦」架構發展 422.「數位電腦∕類比電腦」應朝混合應用∕各取所需的方式演進 423.有足夠的時間追上「量子電腦」的新時代 43二、建 議 431.百億元經費經費從何而來？該如何分配？ 432.獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果 453.我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基 454.建議政府應該開放大陸科技人士來台 455.亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配 466.建議我國奈米(電子)發展推動方案 46
圖表目錄
圖一 工研院電子所的CNT-FED效果及截面 13圖二 超精密基板延性加工技術關鍵技術與製程設備 17圖三 微放電加工機 17圖四 微放電加工元件 18圖五 AFM加工機 18圖六 用DNA奈米生物技術製程的IC 21圖七 單層奈米碳管(SWNT)與多層奈米碳管(MWNT) 25圖八 美國PIXTECH∕友達光電代工的薄膜式FED 29圖九 SONY/CANDESCENT公司的薄膜式FED 30圖十 SAMSUNG SDI公司的CNT-FED 33圖十一 我國奈米技術發展架構(以ITRI為例) 40圖十二 我國奈米技術發展策略 41表一 本文研究架構 3表二 日本新設立奈米研究所據點及其研究內容 7表三 各國奈米電子的研究發展動向 9表四 DNAIC公司 22表五 我國奈米電子技術研究群 23表六 探針型儲存技術之記錄密度 36表七 台灣目前的競爭優劣勢分析 39表八 我國奈米(電子)發展推動方案 47
第一章
緒 論 一、研究緣起及範圍
全球科技產業正面臨有史以來最嚴重的不景氣，業者最直接的反應就是投資縮減，但是卻有一個十分先端的技術吸引美國、日本、歐盟…等科技強國，加碼十億美元以上的資金。是什麼技術這麼有魅力？…它就是被視為半導體下一代技術有關的「奈米科技 (Nano-Technology)。
由於奈米科技這個領域在1990年以後才趨於明顯，所以它仍是相當新的領域，加上奈米(10-9m)可以廣泛應用在電子、材料、生物…等眾多科技領域，各國為提升研發效率，儘管投入的資金龐大，分散在不同的領域當中，但是各國卻可各自在所擅長的領域發展所特殊應用。
由於傳統IC細微化即將達到極限，要想將這個前鋒邊緣推得更遠，以尋求更快且省能源的電晶體，我們不但要探索操作原理跟傳統相當不同的新型的IC－例如：製作只用一個共振穿隧電晶體的邏輯閘、用一個共振電晶體來做記憶單元的記憶體…等－甚至必須觸及背後所蘊藏奇異詭譎的量子效應問題。未來奈米科技所發展出的量子電晶體其應用重點不只是降低元件的尺寸，或者增加單一元件的速率而已，而是利用這些新元件從事特殊的功能。
本文所探討的奈米電子技術之研究範圍包括以下三部分：1. 奈米電子元件(Nano Electronics)：包括SiGe量子元件、自旋電子(Spintronics)元件、新介電材料(New Dielectric Materials)、奈米碳管元件(CNT Devices)、量子元件 (Quantum Devices)、單電子電晶體(Single Electron Transistor, SET)、SiGe 光電元件/IC、SiGe 共振穿隧二極體/HFET、奈米構裝技術。2. 奈米機電技術(NEMS)：包括奈米探針/奈米操控系統 (Nano Probe/Manipulation)、奈米製造技術 (Nano Fabrication)。3. 奈米光電技術(Nano Photonics)：例如Quantum Dots (III-V)、T-bit data storage、Nano-electronic Display。
本文首先從美國、日本、南韓…等國家檢視全球奈米電子的發展現況，然後檢視我國在奈米電子元件、奈米顯示元件、奈米機電技術…等各技術研究群的發展現況，於是指出未來全球特別值得注意之奈米電子(包括：奈米碳管、電子元件及應用、場發射顯示器、掃描探針顯微術…等四方面)的發展趨勢，最後從我國奈米電子的優劣勢分析、推動架構、發展策略…等方面說明推動策略，並於結論中建議我國奈米電子應該搭配的推動方案。
表一 本文研究架構資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2002/01)
第二章 全球奈米電子的發展現況
一、美國奈米電子技術的研發現況
2000年1月美國前總統柯林頓推動 「國家奈米技術策略(NNI)」讓資訊技術(IT)革命興盛而帶動美國的景氣，當時被認為是柯林頓政府的一大得意政績。在2000年底舉行的國際電子裝置博覽會(IEDM)中，包含IBM、朗訊、英特爾、美國加利福尼亞大學…等機構相繼表示將開發出僅分子或原子般大小的奈米級半導體，正式為奈米級半導體時代揭開序幕。美國2000年更已編列4.23億美元經費，進行奈米技術開發。美國目前在奈米技術方面的研究中，是以合成、化學品、生物…等方面處於全球領先地位，而在奈米裝置∕設備的生產、陶瓷及其它結構材料方面則略遜於日本。但是美國仍將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域，以其具壓倒性優勢的「資訊」與「生物技術」與奈米技術融合；2001年美國更投入約5億美元加速奈米技術的研究，其600件研發計畫經費中大學和民間分佔七成和三成。另外在產業界方面，2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造！雖然該公司已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是對於商品化的時間初步認為大約是在2010年。
二、日本奈米電子技術的研發現況
1. 以能源、奈米IT、生命科學、環境為四大發展目標日本在奈米技術的基礎研究方面較晚於歐美國家，但在應用技術方面卻凌駕歐美。2000年日本成立「奈米技術發展戰略推進會議」組織，制訂出國家奈米技術研發策略，並N奈米技術列為新五年科技基本計畫的研發重點。在日本國家奈米技術研發策略中，訂定有能源、奈米IT、生命科學、環境四大發展目標，在這四大領域中，總計有147個研發項目。過去日本在超微細加工方面表現得相當突出，基礎研究也做得不錯，目前則是在奈米設備和強化奈米結構領域坐擁全球優勢。日本已在2001年5月初成立一個名為「奈米技術推進會」的官方組織，整合產、官、學界，將分為DNA晶片、奈米碳管(Carbon Nanotube) IC、無機奈米材料等獨立計畫。日本該項研究基地位於關西，除有多所一流大學及產業研究單位投入外，還吸引包括松下電器、武田藥品、住友化學、三菱電機、NEC…等91家業者參與，規模相當大。
2. 日本新設奈米電子相關研究所受到美國將奈米研發工程列為國家重點計畫的刺激，日本各國立大學、政府研究機構等紛採取產學合作模式，設立奈米研究所(如下表二所示)以對抗美國的研發攻勢。設立奈米研究所的學術機構，包括東京大學、大阪大學、東京工業大學、東北大學、隸屬文部科學省的獨立法人「物質材料研究機構」等，投入研究計畫的學術人員總計約數百人。東京大學的「Nano Material Center」於2001年成立，製作高分子、金屬等材料物質的資料庫，以進行新材料的研發工程。大阪大學將於2002年4月成立「產業科學Nano-technology Center」，旗下分材料、生化等10個研發部門，未來重點將置於產業應用，研發可植入人體的:奈米生物晶片。東京工業大學的「量子Nano-electronics Center」，將進行量子計算機用基礎元件開發，量子計算機可在瞬間完成超級電腦需時1年的演算作業。為此，東京工業大學將斥資40億日圓，在2003年於筑波市建設相關材料的研發設施。東北大學則與夏普等9家民間企業合作，進行半導體生產用:奈米技術研發。此外，在日本總合科學技術會議即將開會決定的「次期科學技術基本計畫」中，已將:奈米技術列為重點戰略研發計畫。企業界則有奈米技術產業化計畫，富士通亦自行成立研發超高速電腦的奈米研究所。
表二 日本新設立奈米研究所據點及其研究內容
學術機構
研究單位
設立時間
研究計劃內容
東京大學
2001年
製作高分子、金屬等材料物質的資料庫，以進行新材料的研發工程。
大阪大學
產業科學Nano-technology Center
2002年4月
旗下分材料、生化等10個研發部門；未來重點將置於產業應用，研發可植入人體的奈米生物晶片。
東京工業大學
量子Nano-electronics Center
2002年4月
將進行量子計算機用基礎元件開發，量子計算機可在瞬間完成超級電腦需時1年的演算作業。將斥資40億日圓，在2003年於筑波市建設相關材料的研發設施。
東北大學
未來情報社會研究館
2001年10月
與夏普等9家民間企業合作進行半導體生產用奈米技術研發。
物質材料研究機構
Nano材料實驗
2003年完工
高性能材料
理化學研究所
考慮設立大型研究機構
-
-
富士通
Nano-technology Research Center
2000年12月
研發超高速電腦的奈米研究所資料來源：日本經濟新聞 (2001/03) ；工研院經資中心ITIS計畫 (2002/02)
三、南韓奈米電子技術的研發現況
南韓科學技術部宣佈2001年將投入230億韓元(約1,821萬美元)發展奈米技術，尤其對於Tera級半導體元件，爾後10年每年還要追加154億韓元發展。此外，2001年將挹注52億韓元，成立4座研究中心，藉以培育人力。
南韓政府亦已在日前勾勒出研發願景，希望能夠在2010年前發展成為全球10大握有奈米技術的國家之一。為實現該項願景，南韓政府2001年也正式敲定將投注1.37兆韓元，進行奈米相關技術研發、扶植人力，並進行基礎設施。南韓的計劃中想要發展出34項關鍵技術，並培育出1.3萬名技術人才。
南韓在2000年4月與美國的學術界就已攜手開發出奈米碳管電晶體(Carbon Nano-Tube Transistor)，這在國際合作上特別值得我國借鏡與參考。
四、綜 整
此外，歐洲方面對奈米技術的投入也已達數億美元之譜，更將奈米技術列入歐盟2002~2006年科技研發計畫重要項目。目前歐洲在塗層和新儀器應用方面處於領先地位。
中國大陸在80年代就著手於奈米技術的基礎與應用研究，更將奈米技術研究列入為國家「攀登計畫」「863計畫」和「火炬計畫」項目，投注總經費約達700萬，參與的企業有100多家。未來，中國大陸每年將投入約5億人民幣在奈米科技領域。
表三 各國奈米電子的研究發展動向
項 目
說 明
備 註
美國：?政府
2000年1月美國前總統柯林頓推動「國家奈米技術策略(NNI)」，讓資訊技術(IT)革命的興盛能帶動美國的景氣。
當時被認為是柯林頓政府的一大得意政績。
?優勢
雖然在奈米裝置、奈米設備、陶瓷、其它結構材料方面略嫌遜色。
但其合成、化學品、生物方面則處於全球領先地位。
?策略
將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域。
以其具壓倒性優勢的「資訊」與「生物技術」與奈米技術融合。
?經費
2001年美國更投入約 5億美元加速奈米技術的研究。
其600件研發計畫經費中大學佔七成∕民間研究佔三成。
?IBM
2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造；
雖然IBM已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是業界對於商品化的時間初步認為大約是在2010年。
日本：?政府
2000年日本成立「奈米技術發展戰略推進會議」組織，制訂出國家奈米技術研發策略。
並將奈米技術列為新五年科技基本計畫的研發重點。
?優勢
日本在奈米技術的基礎研究方面較晚於歐美國家。
但在應用技術方面卻凌駕歐美。
日本在超微細加工方面表現得相當突出，基礎研究也做得不錯，據推估5~10年後就能和美國相抗衡。
目前則是在奈米設備和強化奈米結構領域坐擁全球優勢。
?目標
訂定有能源、奈米IT、生命科學和環境四大發展目標。
在這四大領域中，總計有147個研發項目。
?經費
2001年度獨立行政法人的分配研究預算為295億日圓。
指定以奈米技術為核心的「材料」領域為四大新科學技術重點領域之一。
?政府
希望能夠在2010年前發展成為全球10大握有奈米技術的國家之一。
2001年正式敲定將投注1.37兆韓元，計劃發展出34項關鍵技術，並培育出1.3萬名技術人才。
?國際合作
2000年4月南韓與美國的學術界已攜手開發出奈米碳管電晶體(Carbon Nano-Tube Transistor)。
歐洲：?經費
對奈米技術的投入也已達數億美元之譜。
更將奈米技術列入歐盟2002~2006年科技研發計畫重要項目。
?優勢
在塗層和新儀器應用處於領先地位。
中國：?計劃
在80年代就著手於奈米技術的基礎與應用研究。
更將奈米技術研究列入為國家「攀登計畫」「863計畫」和「火炬計畫」項目。
?經費
投注總經費約達700萬，參與的企業有100多家，未來每年將投入約5億人民幣。
中國大陸之後又在「奈米論壇」中宣稱預計五年內投入150億人民幣！
資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2001/08)
第三章 我國奈米電子的發展現況
一、工研院電子所發展的奈米電子元件
工研院電子所整合全院的前瞻計畫，將以自旋電子(Spintronics)、新介電材料(New Dielectric Materials)、奈米碳管元件(CNT Devices)、量子元件 (Quantum Devices)等4個主題切入，期望未來能利用奈米技術大幅提升晶片密度與速度、降低消耗功率，並結合台灣完整的半導體產業基礎朝3C的應用上發展。?自旋電子元件與製程技術除了在磁性記憶體方面，建立大面積磁性薄膜成長技術、磁性記憶元件與CMOS整合技術和讀∕寫機制驗證外，亦發展室溫操作、高注入效率之自旋電晶體元件設計與開發。?新介電材料方面則開發高介電材料將取代傳統的二氧化矽(SiO2)而大幅縮小漏電流，並符合未來奈米元件基本電性的需求。奈米碳管元件乃利用奈米碳管小尺寸、高導通電流密度、高導熱度…等先天材料特性，將可突破現有電子元件限制而達到更好效能與元件密度。?量子元件研發可分為矽鍺元件(SiGe Devices)和單電子電晶體元件(Single Electron Transistor；SET)兩類，前者主要利用其異質介面、晶格不匹配的特性，形成奈米尺寸的量子點與量子井結構，製作新的相關光電元件，增加矽半導體之新應用領域；後者主要開發室溫下能夠操作的單電子電晶體，並製成具低消耗功率、高集積密度與低漏電流之積體電路。
二、工研院電子所發展的奈米顯示元件
從1992年經濟部科專計畫支持的FED基礎技術研發開始，電子所已陸續開發出高亮度3吋FED實驗樣品和4吋商品規格樣品。隨著全球相關技術的進步與元件特性被證實，數年前研發團隊在尚無標準化製程及材料可資依循的情況下，即對奈米材料及製程進行評估與技術改良，也因此電子所FED技術由1999年的薄膜式(Spindt) FED製程精進至CNT-FED的厚膜網印製程，朝無視角限制、高亮度、低成本以及省電的大尺寸平面顯示器邁進。從奈米碳管材料的配製、陰陽極板的製成、網印、陰陽極板的封裝到CNT-FED的產生，完全由研發團隊於工研院的實驗室內完成。工研院電子所(ERSO/ITRI)於1999年初，開始將FED的陰極技術由薄膜製程轉換到厚膜製程，並於同年的7月於IVMC'99提出二極CNT-FED，隔年5月於SID'00展示7-segment之CNT-FED，及一全新結構之reflective CNT-FED，並於今年SID'01展示運用於車用顯示器之4吋CNT-FED (如下圖一所示)，另將於2001年底完成10吋QVGA彩色CNT-FED，至目前為止，電子所之CNT-FED計畫已完成8篇國際論文發表，以及16項國內外專利之產出，並已有廠商參與研發。CNT-FED此項前瞻性技術目前在國際上僅有Samsung、ISE電子、NEC…等廠商進行研發中。電子所正與工研院化工所、材料所合作發展，朝10吋厚膜全彩FED技術前進。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖一 工研院電子所的CNT-FED效果及截面
三、工研院材料所應用奈米材料於各型顯示器
目前顯示器主流技術仍以液晶顯示器為主，有機電激發光顯示器及電槳顯示器為輔，另正興起的場發射顯示器亦將因技術精進而朝高精細及大型化的趨勢發展。其中有機電激發光顯示器所需材料在近幾年已逐步應用奈米材料科技，使得此項顯示技術有所突破；目前多彩OLED顯示器已商品化，正邁向全彩OLED量產技術開發中。另外液晶顯示器及場發射顯示器相關材料領域在未來五年內，也將因奈米科技應用而有技術突破，材料趨勢朝複合化、輕型化、薄型化、大型化及低成本發展，以提升LCD及FED產業創新性及競爭力。
預計工研院未來五年將藉奈米科技結合現有技術，將平面顯示器研發方向鎖定在厚膜網印型場發射源技術與整合型可撓式TFT-LCD基板技術。
?前者製程技術採用厚膜網印方式，將使FED不但具有薄型、高亮度、高對比、廣視角、反應速度快、低功率消耗等性能，且能以大面積及低成本製造；其開發重點包括奈米碳管的量產技術、新穎模板型場發射源材料及製程、奈米材料場發射源元件製作…等，可望解決現存 CNT-FED均勻性不良、高成本、壽命…等問題。
?至於整合型可撓式透明基板技術則是以奈米混成基材為主軸，再整合偏光、廣角、高彩、配向…等特性技術，使LCD面板厚度可降至0.5毫米，具輕、薄及低成本等優勢，未來更可朝大量整捲式連續生產製程技術(Roll-to-Roll)發展，藉著奈米科技的應用，將使得FED與LCD材料有跳躍式創新。
四、工研院機械所發展的奈米加工及顯微技術
為配合未來國內半導體產業、精密機械產業、資訊電子產業之需求與技術發展趨勢，工研院機械所乃規劃研提「奈米工程及設備技術研究四年計畫」(1998~2001)以建立微元件製造∕設備∕檢測技術、微組件∕微系統組裝及檢驗技術、機∕光∕電∕磁之微系統整合與設計技術…等以應用在未來精密微小多功能之產品，進而協助國內廠商建立奈米加工技術及微機電系統技術，並提升產業整體的國際競爭力。包括：
1. 奈米加工及微製造技術?發展矽晶圓和陶瓷基板之延性加工技術及拋光技術(如下圖二所示)。
2. 奈米設備技術?發展微放電加工機器設備之硬體設計及軟體開發能力。?發展複合微機械元件加工機器設備之硬體設計及軟體開發能力(包括：微電鍍、能量東加工、AFM加工…等)，並建立微元件組裝及檢測技術。
3. 奈米元件與系統技術?發展微機電系統關鍵零組件之設計及微元件積體化特殊製程技術?整合微致動器、微感測器、微控制器…等以發展智能化、積體化之微機電系統。
首先根據年度計劃目標的需求進行設計規劃，並在通過審查定案後成為本工作項目的執行藍本；另外將與計劃相關之基礎研究，以學校委託合作計劃方式，請具備相關研究能力之國內學術單位進行研究。
接著針對定案的設計方案提出所需的設備功能之驗證方法，即所謂的驗證規劃，並於通過審查定案後成為各項設備功能之驗證依據。然後根據定案的設計規劃方案開始執行各項設備之相關設計。
在各項設備之設計初步定案後，提出設計報告並進行審查與修改，而定案之設計報告成為設備細部執行之依據，而計畫內將進行研製的各項設備之詳細說明如下所示：(1)複合微放電加工機(如下圖三所示)：開發完成之微放電加工機定位精度達1um，電極修整達φ20um，除可加工一般金屬材料外，亦從事非金屬材料之加工研究(如下圖四所示)。(2)原子力顯微加工機(如下圖五所示)：研究重點在於奈米定位技術、加工探針技術、系統整合技術…等，目前已完成雛型機之開發並驗證功能中。(3)近場光學加工機：本項研究重點在於近場光學加工機制之建立、光纖針頭試製、精密定位裝置之研製…等，預計未來可應用於資料儲存。
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖二 超精密基板延性加工技術關鍵技術與製程設備
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖三 微放電加工機
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖四 微放電加工元件
資料來源：工研院機械所 (2002/02)圖五 AFM加工機
五、工研院光電所奈米級儲存光碟
以光儲存的觀點來看，光點大小決定了儲存容量的大小，也就是較小的光點才能讀寫較小的訊號點，也才能有較大的儲存容量。以一片12公分的光碟片而言，CD的儲存容量為650MB，DVD單面單層的儲存容量為4.7GB，而未來進入到奈米科技時代，以一個次奈米級(Sub-Terabyte)來說，存容量約100GB，而奈米級(Terabyte)可能的儲存容量將大於1000GB，所以未來如發展到奈米級儲存光碟片，其容量將是現在的DVD光碟片的數百倍。
目前世界上有多項積極開發達到奈米級儲存的技術，例如：近場儲存技術、光寫磁讀技術、光碟刻版技術、超解析近場光碟片技術、3D儲存技術…等；工研院光電所已結合院內相關科所組成奈米存儲研發團隊，並與國內研究單位如中研院、台大…等，定期開會研究，積極朝次奈米及奈米級的技術努力，預計在五年內會有成果呈現。
六、工研院光電所∕化工所共同投入開發奈米光通訊
「光纖到家」絕對是解決頻寬問題的最終方案，但始終窒礙難行，根本問題在於光通訊元件的成本昂貴，其中，最主要原因在於處理元件的體積相當大，尚無法像電子元件一樣，被整合於其一，也導致光通訊元件的生產成本無法降低。現階段工研院的奈米光通訊計畫係已整合光電所與化工所兩方的研發團隊，共同投入奈米光通訊技術的研發，該計畫將著重在光子晶體、量子點長波長雷射、非線性光學材料技術上，並開發具自排性質的奈米材料及奈米製程技術，使光通訊元件所製出的特殊奈米結構有突破性的發展，奈米光通訊技術可將原來體積很大的光通訊元件縮小約100倍，同時亦可將不同功能的光通訊元件集結在單一的基板上，因此光通訊元件可以使用與IC一樣的製程，用積體電路的方法來製作，大量生產而巨幅降低製造成本，同時縮小光通訊元件的體積。?在光通訊系統中如何穩定光源是光通訊傳輸的必備條件，其中長波長面射型雷射(VCSEL)是備受重視的雷射光源，而量子點長波長雷射最大的優點為高溫度穩定性及低運作電流，是製作光通訊用雷射的熱門材料，光電所以MBE(分子束磊晶法)成長InAs量子點長波長雷射，目前已經完成連續發光邊射型雷射，將提昇國內在關鍵光電元件的技術水準，為台灣光通訊產業建立製作長波長面射型雷射的自主能力跨出重要的一步。?為能達到光通訊元件微小化及低成本的目標，另一項重要之關鍵在開發自排性質之奈米材料，尤其運用有機材料之加工方便的性質，可達到高性能與低成本的雙重優點。化工所將與光電所密切合作，投入有機非線性材料之開發，並以化工所已建立之分子設計技術，建立自排性高分子的合成，排列、製程技術，應用到光通訊系統所需的光開關等多項關鍵元件上。
七、DNAIC公司發展DNA分子IC
DNA作為相關半導體運用是可行的，以DNA為半導體的觀念在全球並非沒有人想到；但是將DNA由半導體轉變為IC元件(如下圖六所示)則尚未出現。DNAIC公司(如下表四所示)選擇用直徑只有2nm的DNA分子做半導體材料，不但有別於目前高污染的酸洗光蝕刻製程，更直接跳脫0.1um (微米)製程的極限，一舉跳躍到0.002um製程，加上DNA分子三度空間的接合能力，讓IC基板上所容納的電子元件數目不斷倍增而達到更高的運算效率。DNA材料不但取得容易，製作過程也符合環保，況且成本低廉；然而目前此技術尚在實驗室階段，面臨量產時的穩定性將是真正的考驗；若果真成功則將是生物與半導體前所未有的跨領域突破。
資料來源：DANIC (2001/06)圖六 用DNA奈米生物技術製程的IC
表四 DNAIC公司
項 目
說 明
備 註
公司資金
2000年9月成立之後的初期實收資本為新台幣3000萬元
核心團隊
張春金 (董事長)
陳柏瑞 (總經理)(26歲擔任)
擁有五位西屋科學獎得主的年輕團隊，成功研發出第一片「DNA Inside」的IC晶片。
發展進度
籌資建置自有的合成實驗室，並預期在2?3年內(近程目標)完成市場化產品開發。
快則2年內即可進入量產，慢則甚至需要5年時間才會成熟。
公司定位
DNAIC為生物技術基礎研究的公司，營業項目包括：建立DNA材料電性數據資料庫、
DNA導線及電子電路元件技術研發、DNA半導體材料製造技術轉移。
核心技術
以DNA作為IC的材料，主要是利用DNA染色技術、抗癌藥物與DNA之間的鑲嵌原理，以及不同的摻質處理與DNA序列的設計。
以此改變DNA雙股螺旋分子間的能隙，控制其導電性，以取代現在的光蝕刻技術。
自有專利
利用染色技術、已發現至少300種可控制並改變DNA能隙與導電性的摻雜材料。
另外，在全球13國的專利申請作業亦已同步展開。
授權專利
未來希望與產業界的合作，採取專利授權及共同開發的方式。
DNAIC將可專注核心IP的基礎研究
目前已取得台灣DNA-Based Integrated Circuit專利，在美國也獲得專利申請的優先權。
已在全球13國同步展開專利申請作業
合作廠商?崇仁科技
為一心室半導管製造商，目前是DNAIC唯一的法人股東。
提供廠房、部分實驗室與器材，出資3億元加蓋無塵室。
?其它廠商
電性測量委外(德儀、海洋大學、交通大學)認證
投資廠商
包括中華開發、台積電、英特爾及威盛在內，均對以DNA作為IC材料在半導體製程應用興趣濃厚。
目標客戶
初期將客戶群鎖定IC設計公司。
提供電路設計所需的電子元件電性參數及製程整合設計。
未來將技術漸次推展至IC製程設備製造商，以及晶圓代工業者。
分別提供製造機台所需參數及關鍵技術，以及DNA電子元件生產技術服務。
競爭廠商
目前英國、以色列都有團隊在進行DNA-IC的奈米生物技術。
(英國甚至還將相關技術列為國家機密加以特別保護)
競合方式
積極與具有互補性的以色列公司尋求合作機會。
資料來源：工研院經資中心ITIS計畫 (2001/08)
八、綜 整：我國奈米電子技術研究群
以下將我國奈米電子技術相關研究群綜合整理成如下表五所示：
表五 我國奈米電子技術研究群
年度
研究主題
單位∕學校
計畫主持人
1999-2000
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
林本勝
1998-1999
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
章少衡、 林本勝
1997-1998
奈米工程及設備技術研究四年計畫
工業技術研究院機械工業研究所
鄭泗東、林盈熙
2000-2003
雷射及同步輻射在自由基尖端研究之應用
清華大學
陳益佳、李遠鵬
1999-2000
子計畫二:二元C－N材料場效發射顯示技術
台北科技大學機電整合技術
林啟瑞
1999-2000
奈米級三次元量測儀研製---子計畫III
台灣大學機械工程系
張所鋐
1999-2000
奈米級三次元量測儀研製---總計畫
台灣大學機械工程系
范光照
1999-2000
原子力顯微鏡奈米加工技術研究
成功大學機械工程系
翁政義
1998-1999
奈米級三次元量測儀---子計畫II：超精
台灣大學機械工程系
范光照
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫III
台灣大學機械工程系
張所鋐
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫I：奈
台灣大學機械工程系
鍾添東
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---子計畫I：奈
台灣大學機械工程系
鍾添東
1998-1999
奈米級三次元量測儀研製---總計畫(I)
台灣大學機械工程系
范光照、鍾添東、張所鋐
1998-1999
原子力顯微鏡奈米加工技術研究(I)
成功大學機械工程系
翁政義
1997-1998
單電子三極體之電荷效應(一∕二)
中央研究院物理研究所
陳啟東
-
利用MBE成長自組裝半導體奈米結構
清大物理系
果尚志
-
STM Observation of B
中山化學所
陳俊顯
資料來源：工業材料 (2001/09)；工研院經資中心ITIS計畫 (2002/02)
第四章 全球奈米電子的發展趨勢
一、何謂「奈米碳管」(Carbon Nanotube) (CNT)
1991年飯島澄男教授(Prof. S. Iijima)在研究碳簇時偶然發現奈米碳管 (Carbon Nanotube) (CNT)，其為直徑只有數個到數十奈米(nm)的多層管狀碳材(圖七)。此後國際上許多的單位投入成長CNT及研究其特性，至於CNT的場發射電子特性，在1995年由A.G. Rinzler…等人首先確立，並被各研究單位持續改善(起始導通電場~1 V/mm，場發射電流密度~mA/cm2-A/cm2)。
依據不同之成長方式，CNT的型態一般可分為單層奈米碳管(SWNT)(直徑為數個奈米)，或多層奈米碳管(MWNT)(直徑為數十個奈米)，且由於碳原子於CNT中的排列結構的不同(包括：Zig-Zag、Armchair、Chiral三種)，可使得CNT成為半導體或導體，造成CNT不僅可使用於FED，更可運用在AFM、儲氫材料、二次離電池、生物醫學、電晶體…等。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖七 單層奈米碳管(SWNT)與多層奈米碳管(MWNT)
二、奈米電子元件及應用
1. 各取所需：數位電腦∕類比電腦數位電腦最重要的特徵是「數據」即使經過數千次的運算也不能有歪曲或是退化的情形，要達到這一點則必須在計算的每一步都能夠絕對確認一個數位的值，這個元件還必須能夠容忍相當大的雜訊。許多研究群正在探討使用這些元件來製作類比電腦的可能性，希望能夠做出來一部機器，這部機器可以做許多數位電腦不適合做的工作(例如：辨識形狀)。除了計算以外，也還有許多其他的應用領域，例如；可以用共振穿隧電晶體做放大器，放大的信號頻率可達到每秒振動4000億次；另外，調制摻雜電晶體也已經商品化了，在衛星接受機上放大高頻信號。
2. 奈米雷射：廣泛應用在3C 在最近的未來，奈米技術當中影響最大的可能是半導體雷射。雙異質結雷射和量子阱雷射都可以做得很小而且效率很高(只需要很低的功率)；又因為它們可以很容易與普通的電路整合，因此生產起來也很便宜，也已經可以製作出超過一百萬個微小雷射的特殊晶片。雖然這些仍在發展的階段，這樣的結構在廣大領域都有許多可能的應用(例如3C：光碟機、雷射印表機、光纖通訊、可攜式的小型高鑑別率電視螢幕、手錶裡的電腦顯示器)。另外，將半導體質粒製成奈米尺度便會閃耀不同波長顏色光，這些奈米質粒稱之為量子點 (Quantum Dots)，由於受量子效應使彩色光波長可藉由奈米質粒尺寸來調控，1.2nm 直徑 Cadmium Selenide 量子點發綠光，而 2.1nm 量子點則發橙黃色光。目前此一現象已用於研製高度靈敏生物晶片，理論上這類發光奈米質粒將可提供不同頻率範圍之雷射及放大器而成為光網路之關鍵元件。
3. 混合應用∕直接競爭、各取所需∕零和競爭然而回顧IC演進的歷史可以發現，開發超越現有矽技術發展慣性的新技術經常需要大量的時間和金錢，幾乎不是一家公司所能單獨負擔，現有的矽技術目前仍然以很快的速率在發展，在發展新技術所需要的時間內，它很可能已經追上來了，甚至功能還可能會超過這個預期的新技術。所以，最可能是能與現存技術混合應用而非直接競爭，例如：在一個普通電路上引進一些量子效應電晶體，在這個晶片上使用幾個速度非常快的元件來做一些特殊的功用。對於未來的微電子技術，環顧許多不同的製作基本元件的方法都發現共同具有的特色，就是它們都調制電信號，依照元件是在「開」或者「關」的狀態(決定元件會不會有電流流過)，可是有愈來愈多的研究者開始懷疑，最適合做這項工作的是不是電子，已經開始嘗試用光束來取代電子流而製作光腦(光學電腦) (或稱光學計算機)－以半導體為基礎的光學開關，製作出具有邏輯閘功能的元件，整合成能進行光學計算的新型電腦。
此外，晶片上元件之間聯繫的問題則可用引進光學連線或者超導連線的辦法來解決，在最近的未來商場上最可能出現的完全使用新技術的應用，很可能就是光學計算機，利用這種系統所具有的大量平行處理能力，可以把它用到像是影像處理之類的問題，這樣就不會與傳統以矽為主的數位計算機進行直接的競爭；況且並不是所有的元件都適合做為數位電腦的基本單元，未來所需要的比一個只會做開關轉換的元件要多得多，有必要同時思考如何在數位∕類比之中各取所需而非零和競爭。
三、奈米碳管場發射顯示器 (CNT-FED)
1. CNT-FED的優點奈米碳管場發射顯示器(Carbon Nanotube Field Emission Display) (CNT-FED)是利用厚膜網印製程及FED技術實現CRT平面化的可能性，不僅保留了CRT的影像品質，並具有省電及體積薄小之優點；同時結合奈米碳管的低導通電場、高發射電流密度、高穩定性…等特性，成為兼具低驅動電壓、高發光效率、無視角問題、省電的大尺寸、低成本…等優點的全新平面顯示器。
2. 場發射顯示器(FED)技術原理傳統的場發射顯示器(FED)之三極結構，由真空封裝 (Vacuum Sealing) 技術將薄膜式的場發射陣列(FEA)所構成之陰極板(Cathode Plate)，與利用厚膜網印法製作成螢光粉層之陽極板(anode plate)，組合於高真空(10-6~10-7 Torr)的環境下，利用FEA所產生的電子源，於陽極電壓(3000-8000V)的加速下撞擊螢光粉使其發光，因此FED為一自發光顯示器，且具備高亮度、高效率、無視角、省電…等優點。其中薄膜式的FEA是由C. A. Spindt所發明的元件結構，可利用半導體薄膜製程，在一玻璃基板上製作出二維分佈(X-Y Matrix)的FEA，為了提高場發射電流的密度，在每個像素(pixel)中排列數以千計的發射尖端(tips)，這些發射尖端的材料一般以鉬(Mo)金屬為主，當施加足夠之電壓於閘極與陰極時，因量子穿隧效應(Quantum Tunneling)，電子即由發射尖端穿越金屬表面之位能障壁進入真空區。
3. 全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商目前全世界仍致力於研究或製造薄膜式FED的廠商中，以美國的PixTech及Sony/Candescent為主，於是可由以下之數據可證實：薄膜式FED之元件與顯示特性，確實可達到保留CRT的影像品質並具有省電、體積薄小…等優點。(1)美國PixTechPixTech擁有場發射顯示器相關之製程技術，委由國內的友達光電代工，推出的產品以5.2吋QVGA (320×240) (1 pixel≒0.33×0.33mm)單色為主(w/o 64 gray scale) (如圖八)，依不同產品規格亮度為120~800nits，功率消耗約為2~5W，目前正研發7吋彩色FED (16:9) (480×234)，將運用於汽車之Video DIsplay。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖八 美國PixTech∕友達光電代工的薄膜式FED
(2)Sony/CandescentSony/Candescent於SID'01展示了兩款顯像品質極佳之FED (如圖九)，一為5.3吋QVGA彩色FED，亮度達1,000 nits且lifetime可達30,000小時以上，另一為13.2吋SVGA (800X600)之彩色FED，亮度為800nits且對比為800:1，因採用特殊製程製作FEA中之閘極洞 (直徑~ 0.15mm)，因此驅動電壓可低於35V。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖九 Sony/Candescent公司的薄膜式FED
4. 半導體薄膜製程製作FED的發展限制：中∕小尺寸然而若利用半導體薄膜製程來製作FED，其建廠的投資額大且受限於製程技術，因此市場將定位於中∕小尺寸，更何況此市場之競爭者已經不少(例如：STN-LCD、TFT-LCD、AMOLED…等)。雖然FED之高亮度、無視角且對環境的容忍度高，可用於軍事、儀器、汽車…等用途，但其屬於利基市場佔有率低，因此若想將FED之市場定位不受侷限於中、小尺寸，甚至朝大尺寸家用TV發展，利用不同的材料與製程方式製作FED勢必才是解決方法。
5. 大尺寸的CNT-FED在大尺寸(30~60吋)之顯示器市場中，CRT雖具備良好的顯像品質，但體積卻過於笨重，投影電視雖可改善體積問題，但顯像品質並不良好，因此整體而言，電漿顯示器(PDP)「似乎」是目前不錯的選擇。PDP的發光原理為利用加電壓方式，使氣體產生電漿而放出紫外線(UV Light)，在經由UV激發螢光粉後放出紅、藍、綠三原色可見光。至於PDP之面板製程，主要是利用網印法搭配薄膜製程製作上下板，最後再利用與FED相同的真空封裝技術，將氖(Ne)與氙(Xe)的混合氣體封入顯示器中。然而雖然大部分的PDP之製程是採用網印法製作，確實可達到大尺寸的目的，但由於基本的元件結構及發光原理特性，造成PDP具有耗電量過大(>200W)，驅動電壓偏高(>100V)，顯像系統複雜、發光效率極低(~1 lm/W)…等缺點。因此若能夠開發出一個全新的自發光平面顯示器，使其不僅將保有薄膜式FED的低驅動電壓(<50v)、高發光效率(>10 lm/W)、高亮度(>500nits)、驅動系統簡單…等特性，同時使用全厚膜網印製程，又可輕易達到大尺寸及低成本的製程優勢。然而受限於厚膜製程之解析度，所能製作出的閘極洞(gate-holes)直徑為20~100mm，若仍使用導通電場高的材料(例：Mo~80V/mm)製作電子發射源，將使得厚膜式FED之驅動電壓為800~4000V，因此尋找並研究具備低操作電場(<3>10 mA/cm2)之電子發射源材料與製程，即成為製作厚膜式FED的關鍵。
6. CNT的製備…運用於厚膜式FED製備CNT方法一般可分為三種：電漿法(Plasma Discharging)，雷射激發法(Laser Ablation Method)，金屬催化熱裂解法(Metal Catalyzed Thermal Chemical Vapor Deposition Method)。但是若要將CNT運用於厚膜式FED中，則可將成長獲得之CNT粉末調成漿料，再利用網印法塗佈成具圖案化的電子發射源；或先將觸媒塗佈在陰極電極上，再利用CVD直接於電極之觸媒上成長出CNT，而此CVD法不僅可運用於厚膜式FED，也可取代鉬金屬微尖端，運用於薄膜式場FED，在FED顯示元件中，局部的真空度變差將引發氣體游離，進而轟擊鉬金屬微尖端，使得尖端形狀改變，也可能由於封裝過程中之污染與氧化，使得鉬金屬表面位能障改變，而影響電子發射能力，若改用CNT將可改善此現象。
7. CNT-FED的競爭廠商至1995年之後，許多的單位研發CNT-FED，並且於各國際會議中，發表其先進的製程技術及元件特性，以下僅列舉其中幾個單位之結果。(1)Samsung SDI Co., LtdSamsung SDI Co., Ltd於1999年5月之SID'99，首次發表4.5吋單色且亮度為450nits之二極結構CNT-FED後，即投入大量的能量於研發CNT-FED，並於同年之IDW發表9吋彩色且解析度為240X576之二極結構CNT-FED (圖十)，於驗證CNT之特性後，在SID'00展示15吋VGA之三極結構CNT-FED，也提出一新的under-gate三極結構，並朝大尺寸面板研發。根據SDI最新的計畫，將於2002年展示1280x768之32吋CNT-FED，2005年為1920X1080之38吋CNT-FED，2006年為1280x768之24吋及1920x1080之42吋CNT-FED。
資料來源：電子與材料 (2001/11)圖十 Samsung SDI公司的CNT-FED
(3)NECNEC於2000年之IDW'00發表三極結構之CNT-FED，由於先前NEC並未發表相關的文章，因此特別引起注意，其CNT-FED之解析度為32X32，Pitch為700mm，一個pixel內有4個閘極，每個閘極洞直徑為100mm，在此三極結構中之導通電場為25V，當操作電壓為100V時，場發射電流密度可達14mA/cm2。
8. 掃描探針顯微術 (SPM)由於微電子元件日趨精密微小，量測的精確度變得相當重要。掃描探針顯微術 (Scanning Probe Microscopes) (SPM)因為可提供適當的奈米級量測，因而確保製造部門嚴格的品質控制與成本的降低。因此，預期未來SPM的市場需求仍會不斷擴大，綜觀其市場與技術趨勢之特色，描述如下：(1)SPM市場成長最快 在顯微技術的應用領域中，SPM正逐漸取代SEM、TEM在許多場合的應用，特別是IBM一直鼓吹半導體廠以SPM替代SEM成為標準的檢測工具；此外，SPM應用在資料儲存系統的技術將愈趨成熟，未來半導體與資料儲存業相信是促使SPM市場快速成長之主要動力。(2)SPM的技術仍在不斷延伸中自STM發明後，各式的掃描探針顯微技術亦蓬勃發展起來，廠商不斷開發具有特定用途的顯微技術，例如在探針上一層磁性材料，以磁力顯微術(MFM)來量測電子結構；其他的後續研發尚包括：磨擦力顯微術(FFM)、靜電力顯微術(EFM)、近場光學顯微術(SNOM或NSOM)、及磁力共振顯微術(Magnetic Resonance Force Microscopes, MRFM)等。這些顯微術均是藉偵測微小探針與樣品表面間的交互作用力，如：穿隧電流、原子力、磁力、近場電磁波、核子磁性動能(Nuclear Magnetic Moments)等來描述樣品表面之特性，均可應用於記錄資料。目前，STM與AFM為顯微技術領域中較成熟之產品，而近年SNOM亦逐漸受到重視。(3)SPM等探針型儲存技術將促進超高密度儲存系統之發展利用探針型顯微術記錄資料，選擇不同交互作用方式會影響資料密度，因此各國研究單位均投入大量的R&D，希望利用探針微小的尖端儲存資料，以期把儲存系統的密度推進到原子級的世界。列出各探針型儲存技術之方法與記錄密度(如下表六所示)：這種奈米級的資料儲存技術應用在高密度高容量儲存系統之市場潛力頗大，根據工研院機械所資料顯示，預期到公元2001年全球高密度、高容量資訊儲存系統之銷售值約210億美元。美國Terastor利用近場光學顯微術(SNOM)將磁光讀寫頭予以改進成近場光學讀寫飛行頭，而發展出近場光碟機。這個新產品較目前市場上的一般光碟機儲存容量大，單面記錄容量超過20Gbytes，且記錄密度可達12Gbits/inch2，但價格較相同容量之光碟機便宜；並且這個近場光碟機擁有讀取速度快，信賴度高之優點。
表六 探針型儲存技術之記錄密度
方法
顯微鏡種類
記錄材料
記錄密度(G bits/in2)
移動原子或分子
STM
Xe/Ni(110)
550,000
加熱寫入
AFM
PMMA
17
化學結合
STM
石墨
18,000
機械加工
STM
矽
2,000
金屬蒸發
STM
金
1,000
電荷儲存
AFM
SiNx/SiO2/p-Si
27
磁氣記錄
MFM
CoCr/NiFe
7
近場光學
SNOM
(Co/Pt)n
45
相變化記錄
AFM
GeTeSb
1,000
資料來源：工研院機械所 (2000/12)
(4)SPM技術將朝更高解析系統發展SPM在作為晶圓檢測工具時可提供達到水平或垂直尺寸1nm之解析度；IBM一直致力於這方面的研發，希望能將SPM解析度提高到2pm，此外藉助電腦影像法則亦可改善解析度之表現。(5)SPM的功能與效能將愈來愈強AFM技術不論是在懸樑尖端(Cantilever Tips)之製造，或是在探針尖端與樣品間定位技術方面，均有長足的進步。這些技術的改善，令工程師能更輕易地量測樣品的3-D結構，從而使製程品質得以持續地精進。(6)SPM在生物材料方面之應用深具潛力SPM用在分子奈米技術之研究上，特別注重可用來控制化學交互作用的反應尖端(Reactive Tips)之特性。藉著探針尖端的適當組合，研究者可促成分子達到所設計的化學結合(Chemical Bonding)。它的最終目標是要建造一個一般用途的握爪(gripper)或接受器(receptor)，當微小尖端安置在顯微探針上時，這個握爪或接受器可以依不同的反應選取不同的探針尖端，使這套系統就如標準化的chuck一樣。這項技術的研發成功，將使奈米技術應用在生物材料(Biological Materials)之市場潛力無窮。
四、全球奈米電子的產值
根據美國白宮國家科技委員會等單位對奈米技術的期許，估計未來10~15年間奈米技術的相關產品市場價值每年有機會達到一兆美元，如果將材料、電子、醫藥品、化學工業、航太、量測工具等分開計算，材料方面產值每年約3400億美元而居各類之冠；屬於電子方面的半導體工業則每年產值將達3000億美元，產值之大使奈米科技已成為各國爭相投入研究的領域。
第五章 我國奈米電子的推動策略
一、我國奈米電子競爭優劣勢分析
發展奈米電子優劣勢幾乎很多取決於我國IC產業國際競爭力，綜合分析歸納如下(如下表七所示)：
1. 優勢(1)人才：國內高等理工教育普及發達，素質整齊，而且成本相對低了許多，員工又願意全力投入，不太計較工時長短。在國內半導體工業已具備國際競爭力及獲利頗豐、地位受重視的情形下，被吸引而投入的人才日增，形成良性循環。(2)資金：雖然新廠投資額日益龐大，不過在獲利頗豐的狀況下，加上投資界十分看好IC工業的前途，所以大廠較無後顧之憂，但小公司則可能受到排擠。(3)公司實力：經營階層具備極靈活彈性、有殺傷力之策略運用能力，成本控制力十分強，代工地位他國難以搖撼。(4)相關與支援產業：高度專業分工體系，地理群聚效果顯著，可相互在最短時間內取得協調及配合。上下游均可集中資源，投注於本身熟悉之領域。(5)政府政策：持續的政策支持與賦稅優惠，營造很好的產業環境。
2. 劣勢(1)人才：尖端產品設計人才不足，欠缺創新能力。(2)技術：關鍵技術及產品發展趨勢無法掌握，除了製程及封裝能力不錯外，其他部份仍有待加強，尤其是產品設計研發技術十分薄弱，又欠缺專利談判籌碼，智財問題已日漸顯現中。(3)公司實力：大多數公司規模仍小，缺少經濟規模，風險承擔力弱。縱使是大公司，在行銷、通路方面，也仍有很多要努力的地方，國際化經營實力目前仍嫌不足。
表七 台灣目前的競爭優劣勢分析
項 目
優 勢
劣 勢
人 才
國內高等理工教育普及發達，素質整齊，而且成本相對低了許多，員工又願意全力投入，不太計較工時長短。
尖端產品設計人才不足，欠缺創新能力。
資 金
雖然新廠投資額日益龐大，不過在獲利頗豐的狀況下，加上投資界十分看好IC工業的前途，所以大廠較無後顧之憂，
但小公司則可能受到排擠。
技 術
除了製程及封裝能力不錯外，
關鍵技術及產品發展趨勢無法掌握；其他部份仍有待加強，尤其是產品設計研發技術十分薄弱，又欠缺專利談判籌碼，智財問題已日漸顯現中。
公司實力
經營階層具備極靈活彈性、有殺傷力之策略運用能力，成本控制力十分強，代工地位他國難以搖撼。
大多數公司規模仍小，缺少經濟規模，風險承擔力弱。縱使是大公司，在行銷、通路方面，也仍有很多要努力的地方，國際化經營實力目前仍嫌不足。
相關與支援產業
高度專業分工體系，地理群聚效果顯著，可相互在最短時間內取得協調及配合。上下游均可集中資源，投注於本身熟悉之領域。
欠缺奈米製程模擬及元件設計所需要的軟體程式。
政府政策
持續的政策支持與賦稅優惠，營造很好的產業環境。
資料來源：工研院經資中心 (2001/08)
二、我國奈米電子推動架構
國內目前為止只有工研院在經濟部科專計畫長期支持下有累積相當足夠之材料/化工/量測/微機電/光電/電子/資訊/通訊等奈米技術所需的基本研發能量，也有奈米碳管、量子點…等之初步研發成果。
工研院已組成跨領域團隊(如下圖十一所示)，積極規劃包含奈米材料、奈米電子、奈米加工、奈米量測…等技術，以建構完整之奈米技術研發藍圖，開創我國奈米技術發展之契機。規劃中之國際級奈米技術研發中心，包括技術團隊與研發場所，將可有效協助國內相關之產學合作研發與產業育成，並吸引國際大廠與人才進駐研發。
資料來源：工研院電子所 (2001/08)圖十一 我國奈米技術發展架構(以ITRI為例)
三、我國奈米電子發展策略
為了使我國的奈米技術具有自主性的發展，在初期應以人才培訓(技術論壇、國際研討會、國內外受訓)為重點，充分結合國科會∕學術界(分工整合、爭取時效)、產業界 (育成創業、先期參與) 進行合作，從IP策略(原創、應用、設計)做思考核心，等到發展方向更加確立之後，再充分實力進行國際合作(對等、互補、共享) (如下圖十二所示)。
資料來源：工研院電子所∕經資中心ITIS計畫 (2001/08)圖十二 我國奈米技術發展策略
第六章 結論與建議
一、結 論
1. 跨出國門並朝向「次世代電腦」架構發展美國以其具壓倒性優勢的資訊、生物技術與奈米技術融合，日本則訂定有能源、奈米IT、生命科學、環境…等四大發展目標，所設立的奈米研究所更大膽朝向可植入人體的奈米生物晶片、量子計算機用基礎元件開發，業者(如：富士通)甚至也成立研發超高速電腦的奈米研究所共襄盛舉，而後起的南韓也在2000年4月與美國的學術界攜手開發出奈米碳管電晶體。總總跡象顯示，奈米電子技術的發展必須「跨出國門」並朝向「次世代電腦」架構發展才有機會列入全球主流之列。例如，在前瞻創新科技與工研院結盟的MIT媒體實驗室研究的廣度從非常「軟」的人機介面與網路代理人(Agent)，到非常「硬」的奈米感測(Nano Sensing)與分子機器(Molecular Machines)，從「軟硬兼施」的三次元立體影像(Spatial Imaging)，到情緒運算(Affective Computing)與可觸式媒體(Tangible Media)，結合科技、人文社會、藝術的人才，尋求無疆界的創新，則可為我國研發創新的標竿。
2. 「數位電腦∕類比電腦」應朝混合應用∕各取所需的方式演進未來奈米科技所發展出的量子電晶體其應用重點不只是降低元件的尺寸，或者增加單一元件的速率而已，而是利用這些新元件從事特殊的功能(這些功能需要很多個一般電晶體才做得到)。另外，未來在奈米電子元件及應用方面，應該會朝向如前所述的「數位電腦∕類比電腦」的「混合應用∕各取所需」方式演進，而非「直接∕零和」競爭。
3. 有足夠的時間追上「量子電腦」的新時代矽晶片在短短幾十年間走過一條高速成長之路。30奈米晶體管技術將使矽晶片可以容納4億個晶體管，但這種增長不可能永遠持續下去，因為矽晶片將很快走向終結！誰會成為傳統的矽晶片電腦的終結者？目前科學家看好光電腦、生物電腦、量子電腦，其中又以量子電腦呼聲最高。
2001年4月底IBM也宣佈未來晶圓不見得要用矽製造！雖然該公司已有能力讓奈米碳管(Nanotube)來擔任電晶體的角色，但是對於商品化的時間初步認為大約是在2010年，從積極面來說：我們可能還有足夠的時間追上此波「量子電腦」的新時代。
二、建 議
1. 百億元經費經費從何而來？該如何分配？雖然行政院召開的科技顧問會議中預定將奈米科技納入國家型計畫，根據初步規劃的奈米科技發展策略最快在92年度可以正式整合國科會、工研院、經濟部三方資源，經濟部也研議在5年之內投入100億元的經費，但是百億元經費從何而來？該如何分配？將是非常值得思考的問題。若大致將總經費分成「既有」與「新增」兩部分，則其無中既有的部分是指主管部會內部科專計畫的調整，而新增部分則是立法院每年通過的科技預算。若再將經費其中80億應用在奈米科技產業化，則剩下只有20億元在奈米基礎科學的研究與應用，然而目前相關單位這對種類似「80∕20法則」的觀點見解不一，例如：國科會則認為奈米科技方處萌芽階段，所以應該等基礎科學的研究與應用漸次有成果後，再逐漸調整經費分配比例，提高商業應用方面的比重；但是反觀經濟部則認為經費分配是策略性問題，基礎研究不足的部分可透過國際合作方式移轉他方資源，等到業界的奈米商品推展成功之後，業界有錢則可以回饋給學界而補強基礎研究工作之不足。除了台灣要發展奈米科技除了資源配置尚無共識外，在觀念、人才、制度等層面亦亟改進，其無中台灣整個社會普遍缺乏科學、高科技、創造…等各方面的熱忱將是最令人隱憂，以此觀之則國家型奈米科技計畫在基礎研究和應用部分的經費分配比率實在偏低，至少應該提高至30%，著眼於長遠上的人才、心態、制度、企圖心…等面向來看，奈米科技的人才培育應該要趁早。以美國為例：他將奈米技術視為下一波產業革命的戰略領域，以其具壓倒性優勢的「資訊科技」與「生物技術」與奈米技術融合；2001年美國更投入約5億美元加速奈米技術的研究，其600件研發計畫經費中大學(基礎研究)∕民間(商業應用)比例就是「70∕30法則」了。
2. 獎優汰劣應分明、確實檢驗計畫成果目前最迫切的難題應該是注意相關主管單位「心胸」是否足夠開放，否則只是一天到晚為自己在搶錢而已；其次審核計畫時獎優汰劣應分明，因為台灣實在太小了，人情派系包袱何其沉重，要想達到公正評判實在很困難，但是最起碼不要讓計畫主持人「在結案前換將(其實是繞跑)」才能確實檢驗計畫成果並記取教訓，磨練出未來堪當大型計畫重責大任的科技棟樑。
3. 我國應先從半導體材料開始發展奈米電子比較有利基奈米科技是一個相當前端的技術，在1990年以前這個領域還不存在，所以奈米科技是剛興起的領域，最多也不過10幾年，有些東西甚至只有5年，由於這個領域很新又具前瞻性，落後差距則視所應用之各個不同領域的個別情況而定。以材料方面為例，台灣的奈米碳管約落後國際間3~5年，半導體微粒部分差距就不大，落後最多的應該是奈米生物科技，所以建議我國應先從半導體材料開始發展奈米科技比較有利基，台灣廠商比較擅長採購材料，據此然後發展共商業化的製程及應用。
4. 建議政府應該開放大陸科技人士來台大陸在奈米科技論文發表居全球第三位，特別是最近三年大陸留美、留歐的人才大量回籠，這些人出國的時間點又剛好是國外奈米科技萌芽的起步階段，回大陸以後剛好可以貢獻所學。反觀台灣的留學潮約在1980年代開始已經陸續回籠，現在也回來得差不多了，但是年輕一輩學生出國留學的意願不高(例如：寧願到台積電、聯電工作)，很多教授這5年已經沒有機會幫學生寫推薦信了，學生不願意出國留學是一個非常明顯的大問題。然而人才的問題著急也沒有用。台灣目前在人才的「質」與「量」都不夠，所以建議政府應該開放大陸科技人士來台，短期的措施是鼓勵其他領域的人才轉行加入奈米科技領域，長期則要訂定人才的培育計畫。
5. 亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配除了經費問題費思量之外，在研究人員的企圖心和創意方面，奈米科技計畫在規劃上也存在幾項盲點：有些計畫整合性不足…有點像是「湊合」出來的；有些則是計畫創意、創新性不夠；有些子計畫主持人較弱；有些看起來就像儀器採購清單；有些似乎只是「微米」也號稱「奈米」(甚至美國也同樣有此現象)。國內目前著手進行的奈米基礎研究，多著重應用層面，能發揮的創意有限，加上從材料觀點切入者多，亟待物理、化學、生物…等領域的創新投入並相互搭配。
6. 建議我國奈米(電子)發展推動方案(1)亟待促成「奈米社會研究社群」從社會學的角度評量奈米對人類生活方式的影響，中研院社會所、(台,清,交)各大學人文社會學院，注意奈米對國家競爭力、產業演進、消費市場…等的影響。資源有限，自然衍生分配課題，亦如跨領域計畫一樣免不了有整合的老問題，在各國積極朝向奈米科技發展的同時，台灣能否搭上這班列車？以上所述將是重要關鍵。(2)奈米創意投資社群藉由「奈米創意投資社群」可激盪出適合奈米技術的Business Model，甚至輔導研發人員提出創業計劃。
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