【產學合作】迎向未來社會：陽明交大與企業團隊共同開發高速節能半導體技術

前瞻技術產學合作計畫
計畫名稱：未來社會(2025-2035)鼎極節能半導體技術
計畫主持人：國立陽明交通大學 張翼 院長
合作企業：聯發科、台積電、世界先進、義隆、合晶、威科、鼎謙、兆勁
成果介紹：

本五年整合型計畫針對未來(2025-2035)永續社會發展與經濟成長的需求，和業界未來商機與相關技術之瓶頸，開發並驗證所需的關鍵、前瞻、並具突破性的半導體元件和相關基本設計技術與智財，同時培育國內半導體相關產業所需的高階技術和工程人才；而相關的技術成果和產業貢獻目標則預定為在計畫結束後數年間（2028-2030）即可引入商業化和開始量產。本計畫與聯發科、台積電等世界級企業合組大聯盟，共同決定聚焦鼎極節能半導體技術，從系統觀點定義規格，開發下世代、無所不在、和節能省電的超大數據AI 技術 (主軸A)， 超高速6G/B5G Communication技術 (主軸C)，和超高效率電能/Energy轉換技術 (主軸E)；這三大主軸/分項合起來簡稱“ACE”。

ACE計畫架構

分項ㄧ(主軸A) 發展以數據為本(Data-centric)之超低能耗運算技術，包含節能的鐵電記憶體、利用自旋驅動的新形態MEISH邏輯閘、及高能源使用效率的記憶體內運算架構。主要成果為:成功開發5奈米厚度的超薄鐵電薄膜，並相容於400度的低製程溫度。自旋軌道扭矩轉換效率接近世界第一水準。並與本計畫合作業界廠商共同開發之40奈米電阻式記憶體內運算晶片(如下圖)，能源使用效率達940 TOPS/W。

40奈米電阻式記憶體內運算晶片

分項二(主軸Ｃ)發展下世代(B5G/6G)矽基與氮化鎵高速低延遲行動通訊元件(250-300GHz以上最大振盪頻率)與次太赫茲(100-300GHz)頻段新穎電路設計技術(PA，具開放架構與AI輔助之高頻6G收發器前端器件/Transceiver FE blocks，內嵌式天線)。計畫執行至今主要成果為次40奈米元件優化設計可極小化高頻等效閘極電阻與源極寄生電阻，大幅提升fMAX 25~56%，peakfMAX高達390 GHz，超越傳統元件如FDSOI與SiGe HBT(如下圖)。
 

本計畫元件優化設計fMAX與其他傳統元件比較圖

而分項三(主軸E)發展高效、高速、和低能耗之寬能隙(氮化鎵，氧化鎵)高壓電能轉換/功率元件與高效率智慧閘驅動快充轉換器、MIMO無線快充器電路等設計。研究成果亮點為: 1.成功開發InAlGaN/GaN on Si高功率元件，為全球首例、且特性優異。2. 運用本計畫開發的氮化鎵功率元件示範無線功率傳輸(如下圖)，可傳達將近100瓦至1公尺遠的距離，呈現極大商用潛力。

運用氮化鎵功率元件示範無線功率傳輸

以上三大主軸在技術面相輔相成，其綜合應用面則能提供在任何地方，即時、節能、有效率地從事超大數據和能量的處理、傳輸、和轉換，為我國未來數位經濟、隨處大數據智能、隨機高速巨量資訊傳輸、和節能永續發展奠定長遠基礎、創造商機、並強化我國在高價值半導體產業鏈和其衍生的系統應用的關鍵樞紐地位。