【專題企劃9】於TCECM中養「晶」蓄銳-呂欽山打造臺灣晶體材料能見度

by Yang-Kuang Chao
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採訪 ‧ 撰稿 /  林品婕 (科學推展中心特約編輯)

材料科學與人類文明發展密不可分,晶體材料的開發又與工業發展與新興技術息息相關。成功大學物理學系呂欽山教授目前亦兼任成大智慧半導體學院關鍵材料學程主任,長期致力於臺灣晶體材料之研究,現為「尖端晶體材料聯合實驗室」計畫成員之一的他,持續推動臺灣晶體材料的研發、加強人脈連結,期待能藉由平台提升臺灣材料的國際能見度,落實 Materials at Taiwan之願景。

始於《牛頓雜誌》的物理研究之路

手持試管、身穿白色實驗長袍,是普遍對科學家的想像,也是呂欽山幼時所嚮往的畫面,「小時候對於那個畫面印象深刻,覺得很酷。」喚起了求學時期對物理的好奇,呂欽山突然指向至於書櫃上方一疊鮮紅色書皮的雜誌,那是每位科學家必定知道、現已停刊的《牛頓雜誌》。高二那年,恰是《牛頓雜誌》第一期出版,即便對高中生來說負擔較高,呂欽山依然每期購買,沈浸於紙本裡的科學知識。

進入中央大學物理系或許不是偶然,「牛頓雜誌講座有很多講師是中央物理的教授」,呂欽山笑說。他在大二時加入倪簡白教授的實驗室,聽著教授分享美國求學經驗,開啟了對出國唸書、回國擔任教職的想像,同時也為物理研究之路紮下了根。

於美國德州農工大學讀博士班期間,僅大呂欽山六歲的指導教授Dr. Ross,行事作風自由,給予學生很大的空間發想題目。因此,當年的呂欽山頻繁翻閱凝態物理領域指標期刊Physical Review B尋覓感興趣的題目,也因為實驗室自由度高、具多元嘗試之可能,呂欽山是少數以固態核磁共振量測為主要專長,卻同時擁有開發材料與製作樣品能力的物理研究學者。這段經歷,更為其後續投入尖端晶體材料開發,打下良好的基礎。

提升晶體材料研發量能的大平台

生活中常聽聞的光電科技、化合物半導體、各式感應元件等,皆與晶體材料息息相關。過去臺灣因長晶技術的設備及人才缺乏,若要取得晶體,只能仰賴國外購買,或透過與國外長晶專家合作來取得,晶體研發受限,連帶影響國內尖端晶體材料的發展。

2012年,「尖端晶體材料聯合實驗室」(Taiwan Consortium of Emergent Crystalline Materials, TCECM)以加強尖端材料製備實驗技術與研究開發、帶動材料相關科技發展為目的,在國科會的支持下成立。早期TCECM主要以建置晶體生長核心設施、累積生長新穎晶體材料能量為主;2014年之後開始導入平台概念,以尖端晶體材料開發及製作計畫為任務,有效串聯全台凝態物理戰力。時任科技部自然司物理學門複審委員的呂欽山,在聯合實驗室平台成立之初,便已參與其中。

為促進新穎材料成長與研發團隊互相交流, TCECM定期於每年五月舉辦學術研討會。相關領域專業學者如:臺灣大學材料系陳俊維教授、中央大物理系羅夢凡教授、陽明交通大學電子物理系羅志偉教授、臺灣大學物理系邱雅萍教授皆曾擔任研討會統籌,呂欽山身為今年與明年負責人,期待能藉此平台媒合、強化各團隊間的連結。

目前尖端晶體材料開發及製作計畫架構主要分為四種:一是材料服務計畫,以發展材料與長晶技術為主;二是學術型研究計畫,也是申請件數最多之類型;三是應用型研究計畫,通常需要跨領域的人才加入,強調晶體材料的實際應用面;最後則是卓越研究群計畫,需結合前三類型,屬於整合型計畫。

即便TCECM是以研究計畫的方式補助相關學術單位進行研究,呂欽山直至2021年才正式申請計畫。自認喜歡交朋友的他,表示在沒有尖端晶體計畫期間,依然能透過平台認識許多人,促成更多合作機會;如今有計畫支持,在材料引入、材料性質檢測、人力運用等規劃都能更有餘裕,有助於提升整體研究量能,開發更多不同類型的晶體。

打造臺灣晶體材料的能見度

TCECM成立至今,於產、學、研界累積的研究成果有目共睹。例如被呂欽山喻為「世界級長晶專家」-臺灣大學凝態科學研究中心研究員周方正教授,便有許多晶體研發成果發表於國際重量級學術期刊;而呂欽山「晶體長成實驗室」的主要長晶專家郭家農博士,其長晶技術更是師承周方正教授。此外,中山大學材料與光電學系周明奇教授則積極與產業合作,擴大晶體研究的應用深度,為工業、醫療設備提供創新材料。

「聯合實驗室平台營運了十年,大家彼此都很熟識,尤其是經驗技術的交流與建立,對國家政策很有幫助。」。像是國科會近年來推動之「A世代前瞻半導體專案計畫」,有些計畫主持人都是來自於平台的成員。本身也是計畫評議委員之一的呂欽山認為,因為TCECM紮實的磨練與經驗累積,讓平台出來的人有能力「接受更大的挑戰」,成為推動國家政策的助力。

長年耕耘長晶技術並提供晶體材料服務的呂欽山強調,相較於早期需要仰賴國外輸入,現在國內大部分的晶體材料皆能自行研發。走入呂欽山「晶體長成實驗室」,各式長晶爐在炙熱的午後持續運轉著,桌上擺滿透明壓克力方盒,標示著不同晶體材料名稱。看似迷你的晶體,都是呂欽山與團隊投入多年時間所開發而成。如今,呂欽山實驗室的晶體服務已聲名遠播,許多國、內外學者紛紛來向他詢問晶體,如國際知名半導體及奈米科技先驅王康隆院士,甚至博士班指導教授Dr. Ross也不例外。

「我們最想要看到的,是臺灣材料在國際上的能見度。」受訪這天,實驗室才剛引入一台從日本運來的長晶設備,為晶體材料研發挹注新的可能。未來,呂欽山期待TCECM能成為以材料為中心的研究據點,邀請跨領域專家的加入,迸發新的靈感與題目,開發更多元研究面向。

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