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研究成果及重大突破

2018 可供5奈米鐵電閘極堆疊電晶體電性最佳化之熱力學模擬技術
以分子動力學開發鐵電閘極堆疊電性最佳化之熱力學模擬技術,其特點為a.首篇解釋現行邏輯電晶體內鐵電電性與膜厚呈獻正相關研究。 b.若欲製作2nm鐵電閘極堆疊,界面層(IL)選用與鐵電摻雜濃度(<13%)將為使次臨界擺幅小於60mV/dec的關鍵;c.淬火(quench)過長會影響鐵電晶相形成,減少鐵電邏輯電晶體電性性能。本技術亦為首次以表面科學方法探討鐵電IL層的應力分佈,相當適合未來3奈米技術的發展,以及可攜帶式電子產品和物聯網等低耗能元件的應用需求。

 

  人工智慧系統晶片設計平台
為產業挹注具備人工智慧軟硬體協同設計能力之高階人才
與全球半導體設計軟體領導廠商合作,支援國內學界人工智慧相關軟硬體研發,建構國內首座開放式AI SoC設計平台,內建Synopsys ARC HS3x處理器、DDR3記憶體控制器、鎖相迴路電路、AMBA匯流排電路等重要矽智產。使用者僅需以AMBA匯流排作為其人工智慧硬體加速電路之輸出入介面,即可與平台整合為完整人工智慧SoC,其成效除了大幅降低學界研發門檻,並可為產業挹注具備人工智慧軟硬體協同設計能力之高階人才。
  

2017 積層型3D+記憶體內運算技術於智慧物連網晶片之應用
以獨創之低熱預算雷射及電漿薄膜製程,成功整合鰭式電晶體技術和記憶體內運算電路架構,形成一低製作成本之無矽穿孔積層型三維積體電路技術,並可應用於智慧物聯網。記憶體內運算電路主要的組成架構為9顆電晶體組合而成的電路,電路包含了NAND/AND,OR/NOR, XOR/XNOR,和經由這些邏輯運算所組合而成的電路。使用低溫製作技術可獲得高面積效率和高能量的電路並可應用於智慧物聯網元件。利用堆疊式三維電路製作出9T SRAM的記憶體內運算電路,相對於傳統式二維電路6T SRAM而言,可以有效的縮減51%的電路面積。

 

  寬頻振盪誘發磁電感應無懸臂結構
目前智慧工廠皆無自我檢測早期故障警示系統,於高度自動化生產異常可能原因:機台異常振動∕溫度過熱∕運作異常噪音等,本中心開發一無須外加偏壓下即可作動之環境振動感測器,成功突破傳統感測器較無法偵測寬頻域振動能力限制外,更基於新型寬頻振盪誘發磁電感應無懸臂結構設計(三維堆疊線圈),可於固定面積下改善感測器偵測能力。
  

  低耗能次世代電晶體技術
本中心開發鐵電閘極介電層薄膜製作鍺奈米線電晶體,其特點為a.低溫製程(<450oC)並得到次臨界擺幅小於60mV/dec;b.以同一退火製程完成源/汲極活化和鐵電薄膜結晶相轉換,大幅減少製程步驟和熱預算。本研究亦首次探討鐵電鍺元件的應力可靠度分析。此可因應低功耗之攜帶式電子產品和物聯網(Internet of Things , IoT)等應用需求,並開啟下世代非矽奈米元件產業的新契機。
  

  加密製程申請與使用服務
提供高機密性的製程資料,確保智慧財產權並增加使用方便性
本中心自2017年1月起提供加密製程申請與使用服務,提供製程包含90nm CMOS、0.18um CMOS、0.18um SiGe、以及0.35um CMOS等加密製程設計環境,其運用EDA軟體的加密技術建立高機密性的加密製程資料,確保使用者於高資訊安全運算環境中進行電路設計、模擬與驗證,並且可更安心的使用特殊的或自行開發的設計流程與工具,大幅提高使用者的設計效率與便利性。

  多氣體感測系統
即時得知空氣品質,隨時隨地偵測環境異常狀態
針對空汙危害議題,運用MorSensor無線感測積木的軟硬體關鍵技術開發出體型輕巧的「多氣體感測系統」,內建一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、甲醛(HCHO)及懸浮微粒(PM2.5)等四種氣體感測系統,並具備WiFi通訊上網及雲端服務功能,使用者可透過手機應用程式即時得知空氣品質資訊並瀏覽歷史資料,隨時隨地偵測環境異常狀態,確保生活安全無虞。
  

  MorSensor Lite
一機在手、行動感測跟著走
為提供使用者更便利、更輕巧的感測系統開發平台,延續MorSensor無線感測積木軟硬體關鍵技術開發出新一代「MorSensor Lite」,具備微型、微量、低功耗、低成本等特色,內含溫濕度、紫外線、絕對姿態等三種感測器,以及藍芽及Wi-Fi兩種無線通訊界面,使用者除了可進行基礎環境監測外,亦可同時運用多組MorSensor Lite進行絕對姿態的感測融合應用,搭配穿戴式配件,就能實現「一機在手、行動感測跟著走」的智慧生活!
  

  三軸加速度感測器系統單晶片
世界整合度最高之感測單晶片技術
進行互補式金屬氧化物半導體微機電(CMOS MEMS)感測單元與數位電路整合設計方法開發,已完成系統模擬驗證,實作部分亦已整合三軸加速度器、類比讀取電路、類比數位轉換電路、記憶體及ARM Cortex-M0微處理器於單一晶片中,此設計為目前世界上整合度最高的感測系統單晶片,可應用於穿戴式、物聯網和智慧機械等所需之應用系統開發。
  

  物聯網系統晶片設計平台
協助加速國內物聯網產業創新
本平台透過共用匯流排,掛載學研界之類比感測器電路或數位演算法加速器電路整合成智慧感測系統晶片(SoC),可應用於物聯網(IoT)、生醫、工控、車用電子、智慧城市等領域。其包含ARM Cortex-M0處理器核心及CMSDK平台矽智產,處理器核心具有小電路尺寸、功耗低、簡單易用等特性之32位元微處理器(MCU),平台矽智產是搭配處理器核心運作的SoC設計解決方案,包含了AMBA匯流排元件、記憶體控制器、GPIO/UART等周邊電路以及包含嵌入式軟體的完整設計範例,可協助加速國內物聯網產業發展。。

  光感測與耐高電壓電路整合晶片
高速工控信號傳輸之最佳方案
小從電壓轉換器到大如空調、工業設備到和光伏發電系統都需要高的隔離電壓和低功耗的信號傳輸。為了達到低成本及輕、薄、短、小的應用需求,整合光檢測器和能耐受高電壓之互補式金屬氧化物半導體(CMOS)積體電路是最佳方案之一。本中心已完成光檢測器和電路整合晶片的設計及驗證,並進行紅、藍、綠及遠紅外光特性檢測,而整體信號傳輸速度更為目前市售產品的兩倍以上,有助於解決工業設計挑戰。
  

  晶片級( On-Chip )毫米波天線S參數量測技術服務
提升國內無線通訊研發能量
因應5G、AI等產業日益蓬勃,促使國內產學界研究方向朝高速、高頻寬方向發展(如802.11ad系統、第五代行動通訊系統、智能車用雷達等),相關之毫米波天線設計研究因運而生。本中心運用自行開發量測機構及治具,搭配中心現有探針機台進行On-Chip毫米波天線S參數量測技術驗證,完成穩定之毫米波天線電壓駐波比參數量測環境並開放學界使用,可協助提升國內無線通訊研發能量,進一步帶動國內相關產業發展。
  

  次米級遙測衛星CMOS影像感測晶片(CIS)
高解析度衛星影像的關鍵本中心配合太空中心自主開發遙測衛星策略,執行次米級遙測衛星CMOS影像感測晶片(CMOS Image Sensor, CIS)設計開發,協助福衛五號遙測衛星CMOS影像感測器對地解析能力之規格,由2米提升為小於1米。為此本中心導入TSMC背照式(Back-Side Illumination, BSI)CIS 0.11um製程、開發7.5um 4T高感光像素(Pixel)、設計低雜訊讀出電路與高解析類比數位轉換器、結合CMOS時間延遲積分(CMOS Time Delay Integration, CMOS TDI)技術及與TSMC合作開發之光罩拼接(Mask Stitching)技術,實作出大尺寸12公分之太空級CMOS影像感測器。本技術未來有望朝向行動裝置、自駕車市場推廣。
  

2016 積層型三維影像感測器 大面積單原子層二維材料之開發
以低成本三維異質整合技術,成功整合低功耗類磊晶電晶體、低電壓操作記憶體及矽薄膜環境光能量採集器,開發出可應用於物聯網晶片的「一體成形環境光能自供電整合技術」。將提供此製程技術平台,協助晶片設計者開發整合「感測器」與「自供電晶片」之系統晶片,應用於物聯網與穿戴式裝置。

 

  10奈米二維半導體材料電晶體元件製程 利用多晶矽源極與汲極製備晶片尺寸二維半導體材料
二維過渡金屬硫族化合物材料是未來半導體元件上潛力十足的新穎材料,本技術採用多晶矽之源極與汲極,並使用離子佈植與退火流程來完成,再利用蝕刻技術與電漿氧化方式來決定閘極結構為U-shape或是tri-gate結構,此方法能使用在未來元件量產以導入新穎的結構。
  

  MorSensor無線感測積木
如同積木遊戲概念,使用者可快速組合成不同功能的感測系統,加速創意實現的腳步
MorSensor無線感測積木是一組模組化的電子元件,每個積木負責處理感測系統內的一項工作,如供電、計算、通訊、感知等。使用者可以依照需求挑選不同的積木,自行組合成個人化的無線感測系統。透過MorSensor積木配件構裝,可結合各種運動器材、衣物配件或吸附在不同材質的平面上,以拓展其應用範圍並可快速進行系統整合及展示。MorSensor無線感測積木亦可作為學術界感測器嵌入式系統軟硬體及Android APP開發相關課程之教材及教具。
  

  CMOS感測晶片實作平台
CMOS微機電單晶片-實現微小化矽時脈振盪晶片
提供多樣化微機電製程,包含可量產之0.18μm CMOS MEMS及0.35μm 多選項CMOS MEMS。後者於2015年新增白金(Pt)金屬選項,可協助學界進行多樣化的環境及生醫感測器晶片設計,此製程為全球首創,可提昇我國學術界及產業界的競爭力。在參考設計部分,亦完成32.768KHz之時脈振盪單晶片設計驗證,將CMOS電路及微機電感測元件製作於單一晶片上,較傳統石英時脈振盪產品成本低廉,並具微小化及快速整合的優勢,學術界可透過此平台加速實現智慧型器械或穿戴式裝置的應用晶片。
  

  雲端電子鼻
將水力自主供電導入雲端物聯網的技術,使瓦斯熱水器具備上網功能
本中心自行研發之「自主供電智慧型氣體感測系統」,透過獨創的「獵能技術」,不需電池供電即可使用,能有效節省電力消耗並解決電力不足及不穩等問題。可與市售熱水器結合使用,在一氧化碳外洩時,除了發出警報聲響外,亦可立即通知家人、警察及保全業者,多管道確保使用者安全;此系統更導入了雲端物聯網(Internet of Things, IoT)技術,內建無線傳輸功能,可自動將感測結果上網並傳輸至遠端使用者如手機、或是保全公司的電腦主機,達到災害預防的功效。