採訪 ‧ 撰稿 / 趙揚光 (科學推展中心執行編輯)
當人們在享受日新月異的科技成果時，不難注意到其背後支撐的技術與材料也正不斷精進。在臺灣，「護國神山」台積電所領航的半導體產業一直是國人引以為傲的，而半導體的組成即來自尖端晶體新穎材料。由此可見，尖端晶體新穎材料對臺灣的經濟發展、乃至人類的未來，都有重要的影響力，因此臺灣應有大型常設研究機構積極投入晶體成長。
「尖端晶體材料聯合實驗室（Taiwan Consortium of Emergent Crystalline Materials, TCECM）」即是在國科會「優先推動計畫」經費支持下，於2012年5月所成立的國家級團隊。其匯集來自臺灣大學、交通大學（現為陽明交通大學）、以及中山大學等學研界力量，不僅替國內尖端晶體材料的研發應用、同時也為國內相關組織提供了更趨完善且緊密的合作平台，並為前瞻科技產業尋找新的契機。
起步─拼湊晶體長成的地圖
在團隊成立之初即擔任要角的中山大學晶體研究中心主任、材料與光電科學學系周明奇教授，受訪時指出，TCECM的設立借鏡了不少國外的學術組織經驗，如德國馬克斯普朗克研究院（Max-Planck Institutes）便是一例。而來自國內學界具備材料研發專長且擁有傑出表現的專家學者們，包括當時任職臺大凝態中心的周方正研究員、臺大材料系陳俊維教授、陽明交大電子物理系的周武清教授、以及陽明交大材料系朱英豪教授等人，皆是團隊核心角色。
周教授所專精的項目，在光電材料及特殊單晶成長。深耕領域多年的他強調，晶體生長的研究核心必須是不同學科的組合，包含物理、化學、材料科學、機械等跨領域合作。當具備生長晶體的知識，進行晶體材料生長的研究後，下一步即可拓展至應用階段，將研究用晶體進階到足供產業所使用的薄膜磊晶、單層晶體等材料。一般來說，晶體自然長成並不容易，通常需要很長的一段時間，而能使產業應用的晶體就得耗費更久。以人工長晶的方式，可有效縮短晶體長成的日程，然而周教授認為，這除了知識的應用，亦需要豐富的經驗。
在周教授主持的中山大學晶體研究中心，除研究用途外，主要生產工業用的應用晶體，與產業界合作是他們的主要方向。早期國內並沒有相關設備可生長晶體，多自國外採購，成立聯合實驗室平台後，在國科會的經費挹注下，晶體研究中心的研發設備也跟著提升。
研發─關鍵新穎材料的誕生
近年來，由於政府擴大第三類半導體技術研發，國科會也另行推動「次世代化合物半導體前瞻研發專案計畫」，此一專案計畫與尖端晶體材料的發展十分相關。目前主流的次世代化合物半導體以碳化矽（Silicon Carbide, SiC）為主，碳化矽是包括電動車等產品的重要材料，未來將能逐步應用在一般大眾的生活當中。以晶體研究中心的研發項目而言，現階段亦已克服技術難關，具備生長大尺寸碳化矽晶體的實力。
TCECM平台的運作，每年透過「尖端晶體材料開發及製作計畫」的徵求，讓包括晶體與新穎材料、量子材料開發、或是與永續發展密切相關的能源材料開發設計等基礎科學研究，皆能加入，以擴大平台團隊。除了期望建立或維持尖端晶體材料、單晶與磊晶成長所需之關鍵性核心，如設施、技術、研究及服務實驗室等，發展具關鍵功能性材料，也能夠增加與產出晶體相關之學術及應用性研究。
擴張─產業應用與走進國際
綜觀TCECM的諸多計畫，其實皆有不少具體的成果應用，如手機通訊、石英鐘、繁忙交通中不可少的紅綠燈，到電動車、石墨烯產品、半導體裝置等，都與晶體息息相關，甚至不少國防軍事設施也是重點應用的項目。而平台成員之間的橫向聯繫、資源共享非常頻繁，並且藉著每年所舉辦的尖端晶體年會定期交流，分享成員近期的研發成果，是拓增彼此合作基礎的重要機會。除了在國內，許多國際研討會亦促成許多國內外產學界的互動交流。
隨著研發能量提升，晶體研究中心也不斷拓展與國際的合作，合作對象主要集中在美國、歐洲、亞太等區域。周教授特別提到，中心與東歐的立陶宛、拉脫維亞等國家，合作關係密切，2020年於拉脫維亞固態物理研究所（Institute of Solid State Physics, ISSP）成立的「臺灣與波羅的海國家物理研究中心（Taiwan and the Baltic States Research Center on Physics, TBRCP）」及2022年在立陶宛物理科技中心（Center for Physical Sciences and Technology, FTMC）成立「臺立半導體暨材料科學中心（Taiwan and Lithuania Center for Semiconductors and Materials Science）」，研究議題聚焦於「次世代化合物半導體的雷射切割」及「開發高功率薄片型雷射晶體」等，皆為具體成果。另外值得一提的，在於他們長期以來的產學合作，累積了不少晶體生長技術移轉至業界的案例，帶動產業成長，是相當成功的亮點展現！
整體而言，TCECM的眾多研究團隊亦在進行產學合作、專利授權及技術移轉等任務，有效鏈結了基礎科學與產業需求，為產業界補足尖端技術，促成新穎材料的開發。如此一來，便助攻臺灣的產業升級，繼而能擴大廠商在國際間的市場佔有率。
展望─帶領人才邁向科技島
周教授指出，未來無論是晶體研究中心，乃至國內的TCECM，仍會著重於學術研究及產業應用兩大塊。學術研究方面包含凝態物理、高溫超導等項目，應用端則著重碳化矽、半導體、二維材料等的研發。在此擘畫下，人才的培育與傳承是相當重要的，秉持著「坐而言不如起而行」的精神，周教授強調，實際帶領對這些研究議題和成果有興趣的學子實際操作，更能瞭解晶體如何一步步生長，以及晶體成長的困難性。長晶爐內的每次實驗無論失敗或者成功，皆能使研究人員透過如此一次次地嘗試，汲取經驗。
或許我們可以這麼說，尖端晶體材料應用其實已無所不在！儘管TCECM成立至今已有10年以上的時間，然而有些目標是未曾改變的。期許在不久的將來，臺灣能夠達到單晶成長自主化，並且朝著「Crystalline Material from Taiwan」的遠大方向邁進。
