（大公報 記者 鍾怡）隨着芯片器件尺寸越來越接近物理極限，不少研發機構都期望從三維集成電路入手，提高集成電路的效能，而耐高溫、高壓、低消耗的第三代半導體材料能更好地承載這種電路。

有微電子業內專家對《大公報》表示，本港已逐漸投入研發第三代半導體，期待未來有機會做到產品正式投產前的小規模試驗，再到內地量產，打開新局面。

發展芯片需要良好的生態環境，香港中文大學工程學院副院長黃錦輝表示，1999年時，從台積電離職的張汝京就希望在香港發展半導體行業。而過去特區政府雖已意識到創科的重要性，但還是存在一些保守思想，不願加大力度投資，所以中芯企業便在上海發展起來了。「對於香港而言，我們已經錯過了當時的機遇，接下來就要抓緊時間。」

如果有良好的生態環境，芯片研發可以走多遠？過去，半導體的發展一直以摩爾定律為推測規律，即一塊芯片上可容納的半導體電晶體數目，約每隔18個月便會增加一倍，因此效能也會提高一倍。由於芯片器件尺寸越來越接近物理極限，不少專家都在試圖改善其結構設計，以盡可能地延續摩爾定律。

配合新能源車及5G應用需求

應用科技研究院行政總裁葉成輝認為，若要維持摩爾定律的效能，業內可以發展三維集成電路。「就是平面起高樓，當我們把電路堆砌得越高，甚至能把摩爾定律逼得更快。」這便顯示出半導體材料整體性能的重要性，因為要保證整個電路順暢流通。

20世紀50年代以來，以矽、鍺等元素半導體為主的第一代半導體初露頭角，微電子領域迅速發展。隨着光纖通信、互聯網的興起，以砷化鎵、磷化銦為代表的第二代半導體亦逐漸興起。葉成輝說，這兩代半導體各有千秋，在應用上各具優勢，比如第二代半導體主要用於發光二極管（LED）照明、微波器件等。

然而，在新能源汽車、5G通訊等高新技術應用需求的牽引下，以碳化矽為代表的第三代半導體研發被提上日程。葉成輝說，第三代半導體的能隙（energy gap）較第一代有三倍的進步空間，可以帶來不少好處。首先，第三代的耐熱程度能達到250度，較第一代的150度高；第三代變流技術的效率高達99%，亦較第一代的90%高。即當進行能源轉化時，第三代只有1%的電力消耗。此外，第三代半導體還可以達到1萬瓦以上的高壓環境。

葉成輝坦言：「在這幾個特性下，第三代半導體的預期壽命也會是第一代的四倍。」以物聯網為例，由於每一塊微型芯片都需承載大量的信息流通工作，在運行時需要耐熱性強、效率高、耗能低的第三代半導體材料，來保證整個電路順暢流通。隨着國家對香港創科行業的重視，近年業界有不少專家都在研究三維集成電路。

葉成輝續說，團隊早前研發出碳化矽功率器件，可取代傳統的矽功率器件。憑着碳化矽本身的低開關損耗、低電阻和卓越的高溫穩定性，碳化矽基系統可實現低功耗、高功率密度和提升工作溫度極限，能應用於機械人、太陽能系統等，「我們已經製造出了一些樣板，並有兩家公司都正在使用。」

福田設研發總部 促進兩地交流

談及今後的計劃，葉成輝表示，期待可以把芯片做到中試階段，再推向商品化。「中試是產品正式投產前的試驗，大約為量產的10%。它能夠證明芯片設計的效果如何，是確保產品量產成功的關鍵一環。」而在香港完成中試後，再去內地進行量產。

葉成輝說，內地市場大，應科院將會在深圳福田設立一個微電子研發總部，以促進兩地交流。「內地很多技術都比香港先進，尤其是深圳，我們亦希望能促成人才之間的合作。」

話你知｜半導體是製造芯片材料

如何區分微電子、芯片和半導體？三者經常被一併提及，但其實並不相同。微電子主要是指在固體（主要是半導體）材料上構成的微小化電路，並利用它實現訊號處理功能。芯片（chip）是指集成電路（integrated circuit），或稱微電路（microcircuit）、微芯片（microchip），在電子學中是一種將電路（主要包括半導體裝置，也包括被動元件等）集中製造在半導體晶圓表面上的小型化方式。

具體而言，芯片內是什麼呢？如果有接觸過舊電腦，就知道裏面會有一塊很大的電路板，其中有很多不同的電子元件，而將這些電子元件集合而成的就是芯片。

那將這些電子元件集合成芯片的，就是半導體。半導體之所以被稱為半導體，是因為它可以是導體，亦可以是非導體，其特性是有一個開關的按鈕。而電路板就是一大堆開關鍵，並通過開及關去實現相關的功能。

（來源：大公報A9：港聞 2022/10/16）