金牌常勝軍 成大電機劉文超教授團隊 又在紐倫堡發明展奪得兩面金牌獎
【台南訊】在國際上大放異彩，國立成功大學再傳捷報！由成大電機系暨微電子所特聘教授劉文超領軍、結合化工系陳慧英教授、電機系暨微電子所特聘教授許渭州等人所組成的研究團隊，分別發明「場效電晶體式氫氣感測器」、「異質結構場效電晶體的製造方法」在2010年德國紐倫堡發明展（iENA）發明展大專組奪得兩面金牌獎。劉文超教授把這份榮耀歸功於化工系陳慧英教授、電機系暨微電子所特聘教授許渭州的協助，以及學生們的日以繼夜的努力。
德國紐倫堡發明展是全世界歷史最悠久、影響力最大且規模最大的國際競賽，2010年（62屆）紐倫堡發明展有37國、超過800多件作品參賽，成大劉文超教授研究團隊以「場效電晶體式氫氣感測器」、「異質結構場效電晶體的製造方法」等兩項作品，功能超強、節能減碳效果超優，深受評審的青睞。同獲金牌獎之殊榮，對於奪金率接近百分百的研究團隊來說，一點都不意外。
曾在2010瑞士日內瓦世界發明展獲得金牌獎、又獲得2010年紐倫堡發明展金牌獎的「場效電晶體式氫氣感測器」，係利用外部電路結合藍芽技術，將訊號無線傳送到遠距之電腦端，達到即時監測的功能。同樣在倫堡發明展也獲得金牌獎的「異質結構場效電晶體的製造方法」，係以化學無電鍍的方法低溫製程，具備環保、成本低、效果好等多項優點。
成大微電子所博士班研究生陳泰佑表示，由於全球性工業化的快速發展以及石油過度使用，已導致能源危機與環境汙染。因此，替代性能源的開發也已是刻不容緩的課題。其中，氫氣具有製造簡單、燃燒不會產生有污染性氣體等優點，所以極具開發之潛力。氫氣已廣泛應用在半導體廠、化學廠、鋼鐵廠、航太工程及交通運輸等方面，做為原料、燃料及能源使用，然而，當空氣中的氫氣濃度介於4.0~75 % v/v時，即具有爆炸的危險性，基於安全的考量，發展一高效能之氫氣感測器來檢測氫氣之洩漏，實為一項重要的議題。
相對於與市面上觸媒燃燒式、電化學式、金屬氧化物式等氫氣感測器比較，「場效電晶體式氫氣感測器」具備體積小、重量輕，感測器封裝後的重量僅有0.6 g，攜帶方便，且僅需要小於50 mW的功率即可運作，非常節能，同時它偵測到氣體洩漏所需時間短，10秒以內的時間即可偵測到有無氫氣外洩，而且可測到極低濃度（小於5 ppm）的氫氣洩露。再者，熱穩定性高，可操作溫度範圍廣，可自室溫至100oC以上。此外，因具備電晶體的功能，亦可進一步整合並應用於IC、微機電、民生與通訊領域上。加上與藍芽技術相結合，更可達到遠距無線網路傳輸與隨時監控之優異功能。
在此次發明展競賽，由於氫氣瓶無法攜帶至國外競賽會場，特別借重化工系陳慧英教授的專長，利用電解水產生氫氣，再將氫氣注入感測器中，隨著注入氫氣濃度的不同，旋即發出不同色光和電腦端的警示訊息，進一步輔助「場效電晶體式氫氣感測器」運作，達到臨場感效果，生動的展示吸引評審注意並給予一致好評。
此感測器可應用的範圍很廣，例如：化學工廠、半導體廠之氫氣洩漏監控等應用。近年來隨著氫能及燃料電池的迅速發展，未來在汽車及航太工業、燃料電池及加氫站等安全考量上，氫氣感測器更扮演了重要的洩漏監控角色。
「場效電晶體式氫氣感測器」團隊成員，除成大電機系暨微電子所特聘教授劉文超擔任領軍，還包括成大化工系教授兼工廠主任陳慧英、朝陽科技大學資訊工程系副教授兼系主任林坤緯（成大電機所畢業），以及成大微電子所博士班研究生陳泰佑、蔡宗翰、許啟祥等人。
談到發明「異質結構場效電晶體的製造方法」之初衷，成大微電子所博士研究生黃建彰指出，由於近年以三五族化合物半導體材料系統所研製的場效電晶體元件，具有高頻率、高功率、不易失真、線性度佳、耐高溫等特性，已被廣泛的應用在各種高頻、高功率、低雜訊的商業性產品上，躍升成為目前半導體微波元件的應用主流。但許多研究已經指出高溫、高能量的物理真空鍍膜技術容易對元件造成熱破壞，使得費米能階幾乎釘在某一定值，蕭特基能障高度也相對較低，並且不會隨著不同金屬功函數變動。
換言之，因為金屬-半導體界面間較差的蕭特基特性及基板漏電流等問題可能導致元件的漏電流、輸出電導和臨限電壓的增加，造成崩潰電壓、輸出電流、轉導值以及電壓增益等元件特性的劣化，這些缺點亟待克服以改善元件的特性。
「異質結構場效電晶體的製造方法」之優勢，在於設備需求低，不需要複雜的製程設備，且成本低廉、操作簡單、無外在能源消耗及環境污染之問題，再者，金屬鍍膜時間短，約3至10分鐘即可完成金屬膜之製作。此外，金屬鍍膜厚度均勻，不受限於欲鍍物外在形狀，沒有電流分佈不均的現象產生，同時，它具備了可鍍複合及多元合金膜、可於導體及非導體上鍍金屬膜、可避免元件之費米能階釘住效應，並具有較佳之蕭特基接觸特性等多項優點。
『異質結構場效電晶體的製造方法』研究團隊成員包括成大電機系暨微電子所特聘教授劉文超、電機系暨微電子所特聘教授許渭州、化工系教授兼工廠主任陳慧英以及微電子所博士研究生黃建彰、陳利洋、許啟祥等人。991117c
德國紐倫堡發明展是全世界歷史最悠久、影響力最大且規模最大的國際競賽，2010年（62屆）紐倫堡發明展有37國、超過800多件作品參賽，成大劉文超教授研究團隊以「場效電晶體式氫氣感測器」、「異質結構場效電晶體的製造方法」等兩項作品，功能超強、節能減碳效果超優，深受評審的青睞。同獲金牌獎之殊榮，對於奪金率接近百分百的研究團隊來說，一點都不意外。
曾在2010瑞士日內瓦世界發明展獲得金牌獎、又獲得2010年紐倫堡發明展金牌獎的「場效電晶體式氫氣感測器」，係利用外部電路結合藍芽技術，將訊號無線傳送到遠距之電腦端，達到即時監測的功能。同樣在倫堡發明展也獲得金牌獎的「異質結構場效電晶體的製造方法」，係以化學無電鍍的方法低溫製程，具備環保、成本低、效果好等多項優點。
成大微電子所博士班研究生陳泰佑表示，由於全球性工業化的快速發展以及石油過度使用，已導致能源危機與環境汙染。因此，替代性能源的開發也已是刻不容緩的課題。其中，氫氣具有製造簡單、燃燒不會產生有污染性氣體等優點，所以極具開發之潛力。氫氣已廣泛應用在半導體廠、化學廠、鋼鐵廠、航太工程及交通運輸等方面，做為原料、燃料及能源使用，然而，當空氣中的氫氣濃度介於4.0~75 % v/v時，即具有爆炸的危險性，基於安全的考量，發展一高效能之氫氣感測器來檢測氫氣之洩漏，實為一項重要的議題。
相對於與市面上觸媒燃燒式、電化學式、金屬氧化物式等氫氣感測器比較，「場效電晶體式氫氣感測器」具備體積小、重量輕，感測器封裝後的重量僅有0.6 g，攜帶方便，且僅需要小於50 mW的功率即可運作，非常節能，同時它偵測到氣體洩漏所需時間短，10秒以內的時間即可偵測到有無氫氣外洩，而且可測到極低濃度（小於5 ppm）的氫氣洩露。再者，熱穩定性高，可操作溫度範圍廣，可自室溫至100oC以上。此外，因具備電晶體的功能，亦可進一步整合並應用於IC、微機電、民生與通訊領域上。加上與藍芽技術相結合，更可達到遠距無線網路傳輸與隨時監控之優異功能。
在此次發明展競賽，由於氫氣瓶無法攜帶至國外競賽會場，特別借重化工系陳慧英教授的專長，利用電解水產生氫氣，再將氫氣注入感測器中，隨著注入氫氣濃度的不同，旋即發出不同色光和電腦端的警示訊息，進一步輔助「場效電晶體式氫氣感測器」運作，達到臨場感效果，生動的展示吸引評審注意並給予一致好評。
此感測器可應用的範圍很廣，例如：化學工廠、半導體廠之氫氣洩漏監控等應用。近年來隨著氫能及燃料電池的迅速發展，未來在汽車及航太工業、燃料電池及加氫站等安全考量上，氫氣感測器更扮演了重要的洩漏監控角色。
「場效電晶體式氫氣感測器」團隊成員，除成大電機系暨微電子所特聘教授劉文超擔任領軍，還包括成大化工系教授兼工廠主任陳慧英、朝陽科技大學資訊工程系副教授兼系主任林坤緯（成大電機所畢業），以及成大微電子所博士班研究生陳泰佑、蔡宗翰、許啟祥等人。
談到發明「異質結構場效電晶體的製造方法」之初衷，成大微電子所博士研究生黃建彰指出，由於近年以三五族化合物半導體材料系統所研製的場效電晶體元件，具有高頻率、高功率、不易失真、線性度佳、耐高溫等特性，已被廣泛的應用在各種高頻、高功率、低雜訊的商業性產品上，躍升成為目前半導體微波元件的應用主流。但許多研究已經指出高溫、高能量的物理真空鍍膜技術容易對元件造成熱破壞，使得費米能階幾乎釘在某一定值，蕭特基能障高度也相對較低，並且不會隨著不同金屬功函數變動。
換言之，因為金屬-半導體界面間較差的蕭特基特性及基板漏電流等問題可能導致元件的漏電流、輸出電導和臨限電壓的增加，造成崩潰電壓、輸出電流、轉導值以及電壓增益等元件特性的劣化，這些缺點亟待克服以改善元件的特性。
「異質結構場效電晶體的製造方法」之優勢，在於設備需求低，不需要複雜的製程設備，且成本低廉、操作簡單、無外在能源消耗及環境污染之問題，再者，金屬鍍膜時間短，約3至10分鐘即可完成金屬膜之製作。此外，金屬鍍膜厚度均勻，不受限於欲鍍物外在形狀，沒有電流分佈不均的現象產生，同時，它具備了可鍍複合及多元合金膜、可於導體及非導體上鍍金屬膜、可避免元件之費米能階釘住效應，並具有較佳之蕭特基接觸特性等多項優點。
『異質結構場效電晶體的製造方法』研究團隊成員包括成大電機系暨微電子所特聘教授劉文超、電機系暨微電子所特聘教授許渭州、化工系教授兼工廠主任陳慧英以及微電子所博士研究生黃建彰、陳利洋、許啟祥等人。991117c
維護單位:
新聞中心
更新日期:
99-11-19
