台積電培養的小金雞！他讓「最老半導體材料」復活，成本是對手的1/3，能和第3類半導體競爭？

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台積電培養的小金雞！光程研創讓「最老半導體材料」大復活，怎麼做到的？

本文共2273字

2023/08/31 17:00:08

財訊雙週刊文／林宏達

這是一家台灣半導體新創公司，卻吸引Lumentum、Coherent等國際大廠搶著合作，他們讓最老的半導體材料「鍺」復活，變成足以和第3類半導體競爭的全新平台。

鍺，是最老的半導體材料。根據《財訊》報導，1946年，蕭克利、巴丁和布拉頓發明的第1顆電晶體，就是用鍺製作的，從此改變全球電子產業。但是，鍺容易漏電，很快被矽取代，變成產業中沒有聲音的配角。

材料更便宜　可偵測水分

現在，台灣的光程研創在台積電協助之下，讓鍺重新成為半導體元件的主角，「我們是全球鍺矽（Germanium Silicon）技術平台的領導廠商」光程研創執行長陳書履說，由於新技術結合現有矽製程，生產規模大，他們用鍺製造出的短波紅外線元件，成本只有對手化合物半導體晶片的1/3到1/10。

《財訊》報導指出，這項突破改變了半導體產業現有生態。原本，日本索尼正是這個領域的老大，過去相關元件價格昂貴，但看到台灣能用鍺生產短波紅外線影像感測器，全世界的知名大廠都爭相找上光程研創合作。

短波紅外線是一種看不見的光，聽起來和一般人生活頗有距離，但未來應用潛力很大。陳書履舉例，像設計下一代車用雷達，如果用近紅外光打出去，「可能會傷害路人的眼睛」，改用短波紅外線則沒有安全疑慮，同樣能精準偵測距離。

根據《財訊》報導，短波紅外線的特色之一是能偵測水分，且不受溫度影響。光程研創團隊示範，他們先擺出幾顆蘋果，表面上看來一模一樣，但用短波紅外線一拍後，發現其中一顆有個巨大的斑點，「因為這顆蘋果摔過，水分聚集在這裡。」工程師說；另一顆蘋果卻特別白，因為那其實是表面沒有水分的假蘋果。

利用能偵測水分的特性，蘋果用它來偵測耳機是否接觸到用戶的皮膚，決定要不要播放音樂；還可以用於智慧農業，偵測田間作物的灌溉狀況；或是用來識別身分。如果把iPhone使用的3D感測技術改用短波紅外線，就能看出鏡頭前出現的是真正的人臉，還是沒有任何水分的假面具。

與台積電合作　完成新製程

回想近10年的發展歷程，陳書履笑著對《財訊》採訪團隊說，「我們剛開始做的時候，知道我們在矽鍺領域有領導地位，但並不確定這個技術，市場有多大」他回憶，「但是，如果你想做的是產業的先行者，似乎就必須要走過這個相對不確定且孤獨的時刻」。

他回憶，第1批加入公司的夥伴，是十幾年前在英特爾總部矽光實驗室工作的同事和學生時代的好友，英特爾的目標，是尋找新的光通訊元件，那也是當時所有人認為鍺的最大商機。

《財訊》也發現，這是由一群台灣頂尖人才一起創造的公司，陳書履細數，許多夥伴都是一路從台大、史丹佛，到英特爾矽光實驗室結識的朋友。鍺這個題目，更是他從念博士開始，一路研究到現在。團隊中，還有來自蘋果、聯發科、思科、台積電的好手，甚至有人擁有兩個博士學位，他說，大家是為了對自己的期許才參與創業，「否則這些高手未必需要走這條路」，他的辦公室裡放著單槓，就為節省出門運動的時間。

對陳書履來說，和台積電合作是創業最重要的轉捩點。當時，其他競爭者提案和台積電合作開發光通訊技術，但這已是英特爾研發多年的項目。光程研創的團隊覺得，要尋找一個更新、更有原創性的題目，最終說服台積電和他們共同研發鍺矽材料製程，4年後，第1代製程終於如預期完成。

《財訊》分析，過去用鍺做感測器是不可能的任務，因為鍺漏電嚴重，會造成嚴重的雜訊干擾畫面。陽明交通大學講座教授郭浩中觀察，突破的原因之一，是因為半導體設備有了驚人的進步，例如ALD（原子層沉積）技術，能讓原子一層一層排列，加上他們投入的設計能力，「鍺的漏電狀況降到和三五族材料差不多」，加上新的設計技術，鍺的性能才有完全不同的表現。用陳書履的話說，他們的設計，可以讓鍺的漏電狀況和鍺矽製程感測晶片雜訊減少到原本的1/1000~1/10000。

去年，一個一個的國際合作開始出現，去年3月，雷射光學大廠Lumentum 3D感測產品總監David Cheskis表示，要和光程研創共同研發使用短波紅外線頻率的VCESL面射型雷射技術，用於下一代的消費性電子解決方案。國際大廠Contential也正和他們共同開發成本更有競爭力的車用光達。

根據《財訊》報導，去年7月，化合物半導體大廠Coherent（原名II-VI），光電器件與模組事業處資深副總裁Julie Sheridan Eng也表示，光程研創的短波紅外線偵測器，除了可以保護人眼安全，而且因為大氣在這個波段會吸收更多的陽光，因此，用短波紅外線做偵測器可以提供更長的偵測距離和更清楚的影像。捷普光學部業務資深總監Ian Blash也表示有意合作，因他們創造的短波紅外線攝影機，「給了3D感測一個不受限的未來，陽光將不再影響平台的效能。」

光程研創的突破也對台積電有好處，因為未來這些感測器，需要用到12吋成熟製程的產品，讓台積電增加一個獨家成熟製程應用。