随着人类对显示的清晰度苛求与数据处理的几何级庞大需求，微显示技术与5G通信将会是解决这些困扰我们便利生活的未来科技，为了达到此目的，新技术与新材料将会扮演非常重要的角色。LCD与OLED目前虽然是显示技术的主流，但也并非完美，尤其是LCD耗电量大对比度低与OLED稳定度差亮度低都无法成为人类的终极显示工具，科技界认为微显示发光二极管Micro LED如果可以突破制程与成本的瓶颈，未来将会是人类的终极显示技术。近日，台湾交通大学郭浩中教授团队为了解决目前微显示发光二极管（Micro LED）三基色转移的问题，发展出一种在单一芯片上利用量子史塔克效应（Quantum Stark Effect）与量子点喷涂技术形成RGB三原色的微显示Micro LED技术，不但保证了亮度，也解决了红光与绿光在制程与均匀度的问题，为未来Micro LED量产化找到了一个比较好的技术捷径。在移动通信方面，5G将会是未来十年人类最重要的通信技术，毫米波的使用将促使基站与终端手机的射频元器件要求越来越高，高线性度、高功率附加效率与高可靠度的要求都会促使新材料与新技术进一步的发展，氮化镓（GaN）的高电子迁移率场效电晶体（HEMT）将会是未来最重要的器件，除了5G的应用，它更可以用在电力电子的功率半导体器件，可以提高能源使用效率，让地球更美好。
在这两个技术突破的过程中，原子层沉积ALD（Atomic Layer Deposition）技术扮演了非常重要的角色，尤其是对元器件的保护至关重要，ALD技术目前已经广泛使用在集成电路IC与光电产业，尤其是在关键的功能性纳米膜层与芯片器件的保护膜层上。关于郭浩中教授团队在Micro LED与5G器件技术突破的详细细节，请看如下介绍：
单晶片波长可调变之量子点混合型微型发光二极管应用于全彩显示器30
台湾交通大学光电工程学系郭浩中教授研究团队，采用纳米结构应力调变技术与高精度的量子点喷涂技术，开发出单晶片集成的全彩Micro-LED器件，该研究展示了可大幅减少Micro-LED巨量转移(Mass Transfer)次数的全彩显示概念，研究成果也分别被刊登在国际知名期刊《Scientific Reports》与《Photonics Research》。
目前市售的蓝、绿光LED是由铟镓氮（InGaN）材料所组成，材料本身具有压电特性，因此具有很强的内建电场，会影响发光层的发光波长与发光效率，这个现象称为量子史塔克效应，是困扰LED发光特性的主要原因之一，因此该研究团队反过来利用量子史塔克效应会使发光波长改变的特性，在绿光LED芯片的制作过程中上，透过纳米等级的蚀刻技术，制作纳米环型结构，可以用来减缓量子史塔克效应的影响，制作出可以改变发光颜色的LED，并将LED的发光颜色由绿光调变至蓝光；在改变LED发光颜色的过程中，纳米结构会牺牲掉部分发光面积而降低发光强度，特别是当LED的尺寸减小至微米或纳米等级的尺度时，蚀刻制程所外露的缺陷以及表面受损，容易导致LED发光效率的降低，因此郭教授研究团队特别与芬兰的设备商Picosun公司合作，导入了原子层沉积技术，用来制作一层厚度为纳米级的保护膜，取代传统的等离子辅助化学气相沉积（PECVD）的工艺，原子层沉积的保护膜具有极高的致密度以及覆盖能力，可以有效的修复LED的表面受损及缺陷，并且提高发光效率，克服了发光面积减少以及蚀刻损伤所造成的问题，成功地开发出只需要使用绿光LED的外延材料，就能同时制作出能发出蓝色与绿色的Micro-LED。
郭教授指出：「对于全彩显示的基本需求，也就是红绿蓝三种颜色的光源，我们已经可以在同一种外延片制作出蓝色与绿色的Micro-LED，只要再补上红色的光源，就能够实现全彩的可能，而这最后一块拼图就是量子点的应用。」，所以郭教授研究团队就采用的高精度量子点喷涂技术，将可发出红光的量子点喷涂在微米等级的蓝光Micro-LED上，透过红光量子点将本来的蓝光转换成红光，成功地实现了所谓的具备红绿蓝三原色的Micro-LED。值得一提的是，该研究团队为了达到更高的画素，原先所设计的蓝光Micro-LED像素的尺寸仅有30 平方微米，比一粒沙子的表面积还要小，过去在半导体材料的喷涂技术上，很难达到这么小范围的喷涂技术，因此在如此小的面积上实现量子点材料的精确喷涂也是该研究的一大亮点所在，如下方图片为该研究团队所达到的高精密的喷涂尺度。
此外，郭教授也特别介绍到，因为纳米结构的设计使得发光区外露，多数的量子点与发光层直接接触，如图下方图片的电子显微镜影像，进阶的实现了一种称为「非辐射共振能量转移」的效应，提高了量子点材料的色转换效率。非辐射共振能量转移是一种发生在发光材料或吸光材料之间的一种机制，由德国科学家Theodor Förster提出，当两种材料在距离极靠近的情况下，可以透过一种近场传输(即反应的作用距离远小于激发波长)的方式将能量进行传递，而LED的发光层与量子点即可视为发光材料与吸收材料，只要在适当的距离之内，就可以发生非辐射共振能量转移机制，过去许多研究都利用这个方法来提升量子点的色彩转换效率，郭教授团队则是将其用在Micro-LED的色转换上，并且得到相当好的效果。
综合上述，该研究团队开发了可实现全彩微显示的新型Micro-LED，并利用原子层沉积技术改善了Micro-LED的发光效率，同时利用非辐射共振能量转移机制提升了量子点的色转换效率。该研究开发制备的量子点与纳米环Micro-LED技术，为实现Micro-LED的全彩显示提供了一种新思路与新方向。
氮化镓功率器件助力未来无线通信5G技术与能源使用效率
相较于目前的第四代移动通讯系统(4G)，第五代移动通讯系统（5G）中新架构的Micro Cell小基站将会是一个新的技术亮点与市场，小型基站之所以有助于pre-5G/LTE-Advanced Pro (LTE-A Pro)过渡，主要是提供更大的资料容量帮助移动通信服务供应商免去安装或租用屋顶系统的高昂成本，从而降低总成本并有助于提升行动装置性能。当用户的手机接近小型基站时，它将以更低的功率传输讯号，有效地降低手机功率输出，从而大幅延长电池寿命。
根据现有的许多讨论显示，未来5G可能采用28GHz或39GHz等毫米波频段(mm Wave)，针对这些毫米波频率而言，由于讯号无法穿透墙壁或建筑物，所以蜂巢式基站的覆盖半径将不会超过500公尺，因此小型基站在5G通讯的服务涵盖度与多个发射天线与接收天线系统MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）的带宽表现显得至关重要，在5G NR毫米波系统中能够涵盖2km以内大规模多重输入多重输出(Massive MIMO)天线阵列(Antenna Array)和波束成形系统必须达到10Watt输出的毫米波功率放大器，且同时要兼具高线性度与高功率附加效率以及高可靠度，目前除了氮化镓（GaN）的高电子迁移率场效电晶体（HEMT）以外没有更好的选择，2016 年至2021 年，全球小型基站市场将以8.4%的年增长率（CAGR）增长，达到22亿美元。
尽管室外小型基站的出货量比室内小型基站的出货量要少得多，但由于每个单位的价格更高，室外小型基站市场规模依然将高过室内市场。同时越来越多的移动通信运营商希望通过小型基站加大网络密度、填补覆盖无线讯号盲区，尤其是都会城市地区为了满足不断飙升的移动资料需求，5G 网络的无缝覆盖和深度覆盖或将更加依赖小型化基站的部署。邱显钦教授团队长年开发硅衬底上氮化镓微波与功率元件，不仅仅在外延部分与国内许多大厂产学合作将化合物半导体外延片提升质量达到国际水平外，也在毫米波器件制程上有所突破，利用原子层沉积技术(ALD)来制作功率器件晶体管的表面保护层， 一方面远端等离子可以清除晶体管芯片表面的氧化物外，同时可以改善传统PEVCD工艺的表面保护层缺点，大幅降低沉积过程等离子对器件的伤害之外，并同时获的相当致密的薄膜，提升功率器件的生命期与降低非线性效应讯号的失真。
另外，除了微波毫米波方面用途外，硅衬底上氮化镓功率半导体主要受惠于研发蓝光LED时奠下稳定的基础，除了在发光特性上优越的表现以外，氮化镓技术在功率器件上更展现高效的电力转换成果，对于全世界的庞大能源需求，除了开发扩大绿色能源外，人类也必须在能源的节约问题上寻求改进。在政府节能减碳政策的大力推动下，如何将家用电器于待机时造成的能源耗损降低也是近年节能研究中极为重视的一环，台湾经济部门与能源部门也因此针对各类消费性家电产品提出节能标章检验。在过去五年来，氮化镓功率器件，已经被证实在节能上有很大的帮助，氮化镓材料具有高抗热、高崩溃电压、高电子饱和速度、优秀极化效应产生的高载子密度等优势，另外氮化镓功率器件相较于传统的硅材料功率器件，它的电流密度更高，功率转换效率更好，元器件尺寸更可以大幅缩小。氮化镓功率器件可以达到节能需求是市场上主要的发展方向，长庚大学邱显钦教授今年与郭浩中教授获得中国台湾政府2018~2020年射月计划中氮化镓功率器件开发旗舰计划，成功实现氮化镓增强型与空乏型器件逻辑闸(DCFL)与能够承受30安培之功率器件单晶片技术外，也成功使用微波退火技术与ALD保护层技术来提升元件均匀性与可靠性。
关于ALD技术与芬兰Picosun公司
原子层沉积ALD技术正逐渐成为了微电子器件制造领域的必须。ALD技术于1974年首次由芬兰科学家Tuomo Suntola博士发明，Suntola博士目前也是Picosun公司的独立董事，他更在2018年因为此技术获得千禧发明奖（Millennium Technology Prize）。目前，该技术正被开发到最先进的微电子制造工艺中。ALD相比传统的CVD和PVD等沉积工艺具有先天上的优势。它充分利用表面饱和反应（surface saturation reactions），天生具备厚度的精确控制和高度的稳定性能，对温度和反应物通量的变化不太敏感。这样得到的薄膜既具有高纯度又具有高密度，既平整又具有高度的覆盖性，即使对于纵宽比高达100:1的凹槽结构也可实现良好的阶梯覆盖。ALD也顺应工业界向低温工艺制程发展的趋势，多数工艺都可以在400摄氏度以下进行，而传统的CVD化学气相淀积制程要在高温下才可以做出更好的膜层。下面是ALD的沉积原理图与跟传统沉积技术的比较图。
芬兰Picosun公司创立于2004年，员工大部分是ALD设备与薄膜专业领域的人才，Picosun的技术团队被誉为最好的ALD研发队伍，在ALD领域拥有大量的专利，目前最新的产品已经发展到第16代ALD系统。Picosun与全世界先进的高科技产业和顶级的研究机构深度合作，在全球ALD市场中处于前沿位置，Picosun具有世界领先的薄膜制备技术引领全球工业和科研领域的薄膜方案，Picosun的设备具有多功能性、灵活性、模块化，并可扩展为研发与生产兼备的设备技术方案，Picosun的ALD设备已经成为世界上顶级工业和科研机构制做各种纳米薄膜必不可少的工具。Picosun公司总部位于芬兰Espoo艾斯堡，生产基地位于芬兰Masala马萨拉，有遍及全球的研发服务与销售网络确保最优的售后服务与技术支持，在大中华地区更与多家研究机构与科技大厂进行深度合作，助力此地区高科技产业的发展与壮大。
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