探索未來科技的基石―化合物半導體引領新世代電子革命 
隨著科技的快速進步，半導體技術在各行各業中的應用變得日益廣泛且重要。其中，化合物半導體材料由於具有許多優於矽材料的特性，如更高的電子遷移率、更寬的能隙和更好的熱導率等，使其在高功率電子元件、高頻電子元件、光電子元件和高溫結構材料等應用中極具優勢，現已大量運用在5G通訊與電動車市場，其中尤以碳化矽(SiC)之發展與應用最為快速。在半導體材料中，受限於成本與成熟度，各種材料之間無法替代，而且在市場應用上有所區隔。寬能隙化合物材料軍團以最強大的應用特性，立足於高電壓之能源轉換、高頻通訊與AI之應用，目前雖以碳化矽為主，但後起之秀如氧化鎵(Ga2O3)與氮化鋁(AlN)已虎視眈眈，隨時都能成為一方霸主。未來隨著市場對高功率、高頻和高溫應用需求的增加，寬能隙半導體材料應用將更加廣泛，並且相關的晶圓製備技術也將不斷優化和進步，以提升應用價值和市場競爭力。
目前半導體市場仍以矽為主，但由於矽在材料特性上的物理限制，使半導體技術面臨發展極限。隨著5G/6G通訊、電動車和再生能源等新興領域的快速發展，推動了化合物半導體材料的研究與開發，其具有優異的物理和電學特性，市場應用持續擴張，在功率電子、高頻通訊、光電元件和極端環境等領域之應用極具潛力。「化合物半導體材料市場與應用導論」綜整分析全球化合物半導體市場概況，並聚焦於碳化矽(SiC)、氮化鋁(AlN)、氮化矽(Si3N4)、氧化鎵(Ga2O3)和鑽石功率半導體的市場現狀、應用領域與發展趨勢，俾讀者通盤掌握化合物半導體之動態進程。
「碳化矽晶體成長技術發展」一文報導，碳化矽屬於寬能隙化合物半導體材料，其優點為具有優異的崩潰電壓，在高電壓的操作環境底下依然保持穩定性，不容易產生漏電流，相當適合用於高功率轉換器等功率元件上；此外，碳化矽擁有高於矽2~3倍之熱導性，相較於矽基板更能將零件所產生的熱有效地帶走。碳化矽的晶體成長過程需要非常高溫，相較傳統的矽晶體成長溫度約1,500˚C，碳化矽的溫度高達2,500˚C，所以在長晶的過程中難度更高，也無法即時觀察晶體的生長狀況，需要控制的因素變得更加複雜。碳化矽晶體成長的方法包括：高溫化學氣相沉積法、液相法以及昇華法，目前市場上主流使用的方法是採用昇華法成長碳化矽晶體，搭配模擬技術瞭解坩堝內部情形以得到高品質及高純度的碳化矽晶錠。
IHS Markit預測，寬頻隙半導體市場有望在未來十年快速增長，2019年已接近10億美元，預計到2028年將接近70億美元。系統縮小化的推動能力，促使相關電力電子器件進行尺寸與重量的減小化，進而降低成本、損耗，並提高開關電源的工作頻率與溫度。氧化鎵(Gallium Oxide; Ga2O3)由於具備高禁帶寬度(4.9 eV)，而被歸類為超寬禁帶半導體的材料群之一。以氧化鎵材料製作的功率元件，相較於碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)所製成的產品，更耐熱且高效、成本更低、應用範圍更廣。「氧化鎵長晶技術發展與應用」對氧化鎵材料、長晶技術與應用市場等面向進行討論。未來研究將集中於製備大尺寸晶片以降低成本，並且需要再優化生長方法，改善熱管理問題，再進一步提升器件性能。
氮化鋁(AlN)是一種擁有獨特物理化學性質的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，具有寬能隙、高熱導率、優良介電性和優異機械性能等特點。AlN在高功率、高頻率和高溫電子器件與光電子器件領域展現出無可比擬的優勢，成為新型器件的理想材料。「氮化鋁長晶技術發展與產品應用」探討目前主流的氮化鋁長晶技術及其目前產業現況、技術的要求及優缺點，透過比較各種長晶技術，可發展較有經濟效應的製備方法。在應用方面，高質量單晶AlN基板可被廣泛應用於射頻器件、功率電子、MEMS元件等領域。此外，AlN在光電探測、陰極發光、光子積體電路等光電領域也具有巨大潛力。雖尚處於研發階段，但隨著長晶技術創新和應用領域拓展，AlN材料的市場前景廣闊。
半導體元件之製備需先從長晶柱開始，並進行切磨拋以製備成晶圓，每個步驟都需精密控制，方能確保晶圓的高品質和高可靠性，再以晶圓作為載具進行表面磊晶與摻雜等電路設計製程。「化合物半導體材料晶圓製備技術」介紹半導體材料之晶體成長技術與切磨拋技術。目前寬能隙化合物碳化矽材料具有高硬度、高脆性與良好的化學穩定性，因此在加工性與矽基半導體有所不同，文中主要以碳化矽進行圖解說明與分析。隨著技術的進步，新的製程方法，如雷射切割技術和無蠟拋光技術正逐步推廣，不僅提高了製程效率，也減少對環境的影響。未來隨著市場對高功率、高頻和高溫應用需求的增加，寬能隙半導體材料，如碳化矽和氮化鎵等的應用將更加廣泛，相關的晶圓製備技術也將不斷優化和進步，朝提升應用價值和市場競爭力之目標邁進。
酸鹼循環零廢棄，產業永續無阻力
高科技產業如半導體、面板等，或是傳統產業如金屬表面處理、化材業等，於製造生產過程中，都一定會用到酸鹼液，製程所排放出的酸鹼液被歸納在有害事業廢棄物。廢酸鹼現況再利用方法多為中和結晶，將廢酸轉化為其他離子鹽類於其他工業再利用，如：廢硫酸製成硫酸鋁及硫酸銅、廢磷酸製成磷酸鈉、廢氫氟酸製成人造螢石及冰晶石、廢氨液製成硫酸銨，但這些都無法再回用於原廢酸鹼產出廠。最理想的做法，是由廢酸鹼排放廠將所排放的廢酸鹼經由純化後，再回到廠內再利用，這樣可以減少廢棄物產生量，降低環境影響，同時避免後續需要中和處理衍生的加藥成本。然而，廢酸鹼純化再利用技術仍有瓶頸，傳統做法所使用的蒸餾技術需要一定高度的蒸餾塔器，還需要蒸汽熱源，很難在一般工廠設置，如何以簡易的程序將製程所產出的廢酸鹼加以純化回用，將會是未來產業高度需求的技術。
「半導體產業廢硫酸純化再利用」報導，因應國際企業永續經營ESG發展趨勢，半導體產業首當其衝。其製程以電子級硫酸配製成卡羅酸溶液清洗晶圓，為最大宗製程廢液來源；若需回收再利用，首先如何將不純物—雙氧水去除則為重要課題。目前在廢硫酸雙氧水去除技術中，主要以觸媒法及熱法占大多數，然此兩種方式有其缺點及限制；而以電磁波技術去除雙氧水，具有低耗能及無污染優點，可作為未來研究之方向。故若能建立綠色低碳雙氧水去除技術，可有助於廢硫酸異業再利用，有效解決廢硫酸過剩問題。
廢液資源循環技術在半導體蝕刻製程中的創新應用，著重於磷酸的純化與再利用。蝕刻製程廣泛應用於電子、半導體及金屬加工等領域，所使用的酸性藥劑在蝕刻後會產生含有金屬離子的廢液。傳統處理方法需使用大量藥劑，且產出的固體廢物處置費用高昂，不具再利用價值。「產業蝕刻製程廢液純化再利用技術之創新與應用」 指出，經過研究發現，以樹脂吸附和電析離子酸回收技術，可有效去除廢液中的金屬雜質，使磷酸得以回收再利用。樹脂吸附具有不影響磷酸濃度且回收率高的優點，適用於高濃度蝕刻液處理；電析離子酸回收技術則適用於低濃度蝕刻廢液處理，能同時將磷酸純化與提濃，供後續再製為工業級產品。這些技術不僅能減少廢水排放和化學藥劑成本，還能將金屬雜質轉化為高價產品，實現環保與經濟雙贏，推動產業邁向綠色永續發展。
「表面處理酸性廢液純化再利用」介紹表面處理業之酸性廢液純化再利用技術。常見之酸性廢液所含酸成分包括酸根陰離子( SO42−、Cl−、NO3−、F−)、金屬陽離子(Fe3+、Cr3+、Ni2+、Zn2+)及H+等，傳統處理方法係添加鹼液調整pH，將金屬離子沉澱後固液分離，未進行資源化處理。隨著環保意識抬頭，各種應用於酸性廢液之資源化技術因應而生，主要可分為酸回收技術，例如：電透析、擴散滲析、膜蒸餾、蒸發及噴霧焙燒等方法，以及同時回收金屬與酸之處理技術，例如：溶劑萃取、酸阻滯、離子交換及結晶等方法。前述方法又以酸阻滯、離子交換樹脂及焙燒法廣泛應用於各產業，其所產生之酸回收率可達98%，再生酸濃度16~18%，分離後產品則有Fe2O3、Fe3O4、FeCl2及FeSO4，不僅有效減少酸性廢液，更能進一步產出具經濟價值之產品，達成資源循環利用目的。
「含銨廢水氮回收再利用技術評估」一文報導，隨著工業排放與人類活動的增加，氨氮排放量對環境的影響日益增嚴。傳統方法處理氨氮廢水需消耗大量能源，在全球節能減碳的趨勢下，氨氮廢水處理技術的優化或是將現有技術進行結合應用是相當重要的，透過進一步地將氨回收，有助於節省能源並滿足廢污水的排放標準，達到環境友善之目標。目前綠能、綠電的需求日益增加，在氨氮廢污水回收的產物中，氨水可以直接作為化學品應用，或是藉由電解程序生產氫氣作為能源使用。因此，工研院材化所提出了一種氨氮廢水直接產製氨水的技術程序，其具備占地小、操作簡易及客製化設計等優勢，藉由廢水處理系統整合，可同時達到氨的回收及再利用。
主題專欄與其他
「新穎5G軟性基板材料開發與應用」一文指出，隨著5G高速傳輸的時代來臨，目前應用於手持行動通訊軟性印刷電路板的PI膜將不敷使用，PI膜介電常數高、介電損耗高且易吸濕的缺點，在高頻及高速傳輸下易造成訊號損失。液晶高分子(LCP)為典型芳香族高分子材料，具有剛直棒狀之分子結構與列向性，因具優異的耐熱及高機械強度、低熱膨脹係數、低吸濕、低介電常數及低介電損耗等特性，將取代傳統PI材料，成為5G時代的優勢產品。台灣為PCB生產主要國家，但高速軟性基板所需之關鍵LCP膜材仍仰賴價昂的進口產品。工研院材料與化工研究所透過精密聚縮合及製膜加工技術，開發可溶型LCP材料，以建立關鍵材料自主化之優勢，提升國內PCB產業之國際競爭力。
「邁向碳中和之機械載具最新發展趨勢」分析，至今世界各國簽署巴黎協定的氣候目標尚未達成，交通運輸為主要碳排來源，新能源載具將在控制總碳排上，扮演至關重要的角色。氫能車與電動車為替代燃油汽車之優選方案，兩者各有優缺點。氫能車選用石化燃料製氫發電，副產品對環境有輕微危害，現逐步減少使用化石燃料產氫，將可從化石燃料移動載具，轉型為氫能車實現綠色交通。電動車能搭配可再生能源發電、電網和充電基礎設施，儲能電池為其驅動動能之來源，但仍需針對電動車儲能電池特性與預估廢棄回收碳排情境，以利確實達2050淨零排放目標。
減碳與空污防制已成為全球廣受重視之議題，世界各國紛紛鼓勵發展以鋰電池為動力之電動交通工具，且鋰電池除了可應用於電動車外，亦常使用於不斷電系統。然而隨著電動車與不斷電系統日趨普及，未來勢必亦會衍生大量亟待處理之汰役鋰電池，為瞭解這些汰役鋰電池之後續可能去向，「汰役鋰電池之降階與回收」探討汰役鋰電池的可行處置方式。汰役鋰電池目前主要係以降階與回收兩大方式進行處置。一般而言電動車鋰電池汰役後仍能維持約80%之電容量，可透過汰役鋰電池之拆解與降階測試等一連串步驟，將電池狀況較佳且性能相近者進行重組，以將其降階應用於儲能系統、充電站、低階電動車等設備，提升汰役鋰電池之加值化應用效益。而經檢測品質差無法降階使用之鋰電池，則可送往廢鋰電池回收廠進行回收處置，如透過濕法冶金及火法冶金等方式，將電池中之鋰、鈷、鎳、銅等有價資源予以回收，以作為新鋰電池原料使用，達成鋰電池循環經濟之最終目的。
「生物氫與循環經濟，實現零廢物程序」一文指出，從經濟和永續性方面來看，使用微生物產氫比其他方法更具優勢。木質纖維素是地球上蘊藏量最豐富的天然資源，但需要進行前處理來破壞木質纖維素的結構，再轉化成微生物適合利用的醣類。透過生命週期評估方法，可以檢視各種生質能源生產程序對環境的衝擊。使用廢棄物作為料源的暗醱酵產氫程序(暗醱酵和光醱酵的兩階段產氫程序或暗醱酵產氫與產甲烷的兩階段產氫烷氣程序)，並整合其他技術之生物精煉程序，可實現循環經濟與達成零廢物之目標。
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