全球科技產業正面臨有史以來最嚴重的不景氣，業者最直接的反應就是投資縮減，但是卻有一個十分先端的技術吸引美國、日本、歐盟…等科技強國，加碼十億美元以上的資金。是什麼技術這麼有魅力？…它就是被視為半導體下一代技術有關的「奈米科技(Nano-Technology)。

　　本文所探討的奈米半導體技術之研究設定的範圍包括：光學微影技術、新型CMOS元件、High K介電材料、單電子電晶體、自旋電子元件及記憶體、相變化記憶體、奈米矽鍺光電元件、奈米碳管元件及奈米碳管顯示器。本文首先從奈米半導體技術的簡介與應用入手，進而探討發展技術時所面臨的供需與挑戰，然後檢視各國發展發方向及我國在各項技術的現況之後，最後於結論與建議中提出推動策略。由於90奈米CMOS繼續細微化所採用的光學微影技術，大約到2007年的65nm以下時會面臨極大的挑戰。因此，除了發展新型的CMOS電子元件之外，美國和日本等半導體先進國家於2001年的ITRS(全球半導體技術藍圖)中共同勾勒出奈米的新技術項目還包括單電子電晶體、自旋電子元件、磁阻記憶體(MRAM)、相變化記憶體(OUM)…等技術。另外，異於傳統Si材料的奈米碳管(CNT)更是全球未來的新焦點，除了未來有可能運用於電子元件之外，短期內最被看好的則是奈米碳管場發射顯示器(CNT-FED)。目前在電子元件方面最積極投入的IBM宣稱已有能力讓CNT擔任電晶體的角色，並對於商品化的時間初步認為大約是在2010年，與ITRS所預估的時程相當吻合。同時，IBM及Motorola預估在256M MRAM完成開發的時程為2004~2006年之間，也與ITRS所預估相近。綜合上述，本研究認為：2004年、2007年和2010年這三年將分別是全球256M MRAM、65奈米和CNT-IC等能否如期推出的檢驗時點。於是，本研究就將2003~2005年設為短程，2006~2008年設為中程，而2009~2011年則設為長程，特別針對前兩階段提出我國奈米半導體應有的發展項目和策略。

====章節目錄====
第一章 緒論…1-1
　　第一節 研究緣起及目的…1-1
　　　　一、緣起…1-1
　　　　二、目的…1-2
　　第二節　研究方法與架構…1-4
　　　　一、方法…1-4
　　　　二、架構…1-4
第二章 奈米半導體技術的簡介…2-1
　　第一節　奈米微影技術…2-1
　　　　一、引言…2-1
　　　　二、線寬回顧及預測…2-2
　　　　三、解析度加強科技…2-3
　　　　四、材料與設備…2-4
　　第二節　新型CMOS電子元件…2-7
　　　　一、引言…2-7
　　　　二、Strained-Si MOSFET…2-7
　　　　三、SOI…2-8
　　　　四、SOI CMOS…2-9
　　　　五、雙閘極電晶體…2-11
　　第三節　High-k介電材料…2-15
　　　　一、引言…2-15
　　　　二、閘極介層的電性需求…2-15
　　　　三、閘極介層材料選擇的考量…2-16
　　　　四、常見的高介電係數閘極介層材料…2-20
　　　　五、未來非傳統式元件與高介電係數閘極介層的應用…2-24
　　第四節　單電子電晶體…2-25
　　　　一、引言…2-25
　　　　二、SET的元件結構…2-26
　　　　三、SET的電流特性…2-26
　　　　四、SET的能階及電子穿隧…2-27
　　第五節　自旋電子元件…2-29
　　　　一、引言…2-29
　　　　二、自旋電子的起源…2-29
　　　　三、與微電子的特性比較…2-30
　　第六節　相變化記憶體…2-32
　　　　一、起源…2-32
　　　　二、相變化記憶體的性能…2-36
　　　　三、相變化材料電性及記憶原理…2-40
　　第七節　奈米矽鍺光電元件…2-42
　　　　一、引言…2-42
　　　　二、矽鍺光發射器…2-43
　　　　三、矽鍺光接收器…2-48
　　第八節 奈米碳管電子元件…2-53
　　　　一、引言…2-53
　　　　二、奈米碳管…2-53
　　　　三、奈米碳管單電子電晶體…2-55
　　　　四、奈米碳管場效電晶體…2-56
　　　　五、奈米碳管邏輯元件…2-57
　　第九節　奈米碳管場發射顯示器…2-59
　　　　一、傳統場發射顯示器…2-59
　　　　二、傳統場發射顯示器技術原理…2-59
　　　　三、奈米碳管場發射顯示器的優點…2-60
第三章 奈米半導體技術應用…3-1
　　第一節　單電子元件…3-1
　　　　一、記憶體…3-1
　　　　二、量子邏輯…3-2
　　　　三、感測器…3-2
　　第二節　自旋電子…3-3
　　　　一、自旋電子電晶體…3-3
　　　　二、自旋電子記憶體－MRAM…3-4
　　　　三、磁頭…3-5
　　　　四、感測器…3-6
　　　　五、精確定位…3-7
　　第三節　奈米碳管場發射顯示器…3-8
　　第四節　綜合探討…3-9
　　　　一、奈米雷射將廣泛應用在3C…3-9
　　　　二、不與矽直接競爭…3-9
第四章 全球奈米半導體的供需…4-1
　　第一節　需求面…4-1
　　　　一、全球奈米科技應用市場…4-1
　　　　二、全球奈米半導體…4-2
　　　　三、奈米記憶體…4-4
　　　　四、奈米碳管場發射顯示器…4-7
　　第二節　產品及其供應…4-8
　　　　一、Strained Silicon…4-8
　　　　二、High-K介電材料…4-9
　　　　三、單電子元件…4-13
　　　　四、自旋電子記憶體…4-14
　　　　五、相變化記憶體…4-15
　　　　六、奈米碳管場發射顯示器…4-16
　　　　七、奈米半導體設備…4-19
　　第三節　其他相關廠商…4-21
　　　　一、台積電…4-21
　　　　二、聯電…4-23
　　　　三、智原科技…4-24
第五章 奈米半導體技術的挑戰及預測…5-1
　　第一節　光學微影技術…5-1
　　　　一、下一代光學微影技術…5-1
　　　　二、從130nm發展到35nm的挑戰…5-2
　　第二節　新型CMOS…5-4
　　　　一、雙閘極電晶體…5-4
　　　　二、Strained-Si MOSFET在製程上的挑戰…5-5
　　　　三、Strained-Si MOSFET的供應來源…5-5
　　第三節　High-k介電材料…5-6
　　　　一、氧化層厚度縮減…5-6
　　　　二、直接穿隧效應…5-6
　　第四節　單電子電晶體…5-7
　　　　一、室溫操作…5-7
　　　　　　　　二、背景電荷…5-7
　　　　三、同時穿隧…5-8
　　　　四、元件均勻性…5-8
　　　　五、高密度的元件…5-9
　　第五節　相變化記憶體…5-10
　　　　一、引言…5-10
　　　　二、記憶胞及線路…5-10
　　　　三、讀寫反覆循環次數…5-10
　　　　四、在不同介質層對寫入功率之影響…5-11
　　　　五、作成元件之後將可能面對的問題…5-11
　　第六節　奈米矽鍺光電元件…5-13
　　第七節　奈米碳管電子元件…5-15
　　　　一、分離技術…5-15
　　　　二、排列與定位技術…5-17
　　第八節　奈米碳管場發射顯示器…5-20
　　　　一、薄膜製程製作場發射顯示器的發展限制…5-20
　　　　二、奈米碳管場發射顯示器的大型化…5-20
　　　　三、厚膜式奈米碳管場發射顯示器…5-21
　　第九節　奈米電腦…5-22
　　　　一、從基本原理上尋找電腦發展的突破點…5-22
　　　　二、超導電腦…5-22
　　　　三、分子電腦…5-23
　　　　四、光子電腦…5-25
　　　　五、量子電腦…5-26
　　　　六、奈米電腦的願景…5-26
　　第十節　奈米與生物及資訊技術的結合…5-28
　　　　一、Nano+Bio+IT三種技術攜手將顛覆世界目前的模式…5-28
　　　　二、奈米資訊的關鍵技術…5-28
　　　　三、奈米＋生物＋資訊產業的技術介面與運用…5-29
　　　　四、分子電子、奈米電子、奈米光子和奈米光電子的架構…5-29
　　第十一節　奈米半導體技術預測…5-32
　　　　一、等效氧化層厚度…5-32
　　　　二、以CMOS製程整合SoC…5-32
　　　　三、ITRS 2001對技術的評估及預測…5-33
　　　　四、全球奈米半導體的技術預測…5-40
　　　　五、我國奈米半導體的技術預測…5-41
第六章 全球奈米半導體的現況及策略…6-1
　　第一節　世界主要領先國…6-1
　　　　一、美國…6-1
　　　　二、日本…6-5
　　　　三、南韓…6-11
　　　　四、歐洲…6-11
　　　　五、大陸…6-14
　　　　六、比較各國現況及策略…6-16
　　第二節　我國研發機構…6-18
　　　　一、國家奈米元件實驗室…6-18
　　　　二、工研院電子所發展的奈米電子元件…6-22
　　　　三、工研院電子所發展的奈米顯示元件…6-27
　　　　四、工研院材料所應用奈米材料於各型顯示器…6-30
第七章　結論及建議…7-1
　　第一節　結論…7-1
　　　　一、全球奈米技術主要發展方向…7-1
　　　　二、尺度微縮的奈米技術…7-2
　　　　三、量產中的MRAM及OUM…7-3
　　　　四、奈米顯示技術－CNT-FED…7-4
　　　　五、其它前瞻技術…7-4
　　第二節　對我國奈米半導體發展之策略建議…7-6
　　　　一、我國發展的項目及時程…7-6
　　　　二、尺度微縮是業界目前的主力…7-7
　　　　三、MRAM是產研合作的目標…7-7
　　　　四、CNT-FED是CRT業者轉型的機會…7-8
　　　　五、其它前瞻技術…7-9
第八章 參考文獻…8-1

====表目錄====
表2-1 常見的高介電係數閘極介電材料…2-21
表2-2 不同閘極介層材料的相關問題…2-22
表2-3 高介電係數閘極介層之相關研究結果…2-23
表2-4 自旋電子與微電子的特性比較…2-31
表2-5 常見相變化記憶體研究材料…2-34
表2-6 相變化記錄媒體之材料需求…2-36
表2-7 適合作為相變化記憶體之用的材料性質…2-40
表2-8 相變化材料電性及記憶原理…2-41
表3-1 各類型大尺寸顯示器的規格優劣比較…3-8
表4-1 全球奈米科技市場預估…4-3
表4-2 新型記憶體技術的項目…4-4
表4-3 新型記憶體市場－“Universal Memory”…4-5
表4-4 新型記憶體技術之成功因素的比較(1)…4-6
表4-5 新興微奈米記憶體技術之成功因素的比較(2)…4-6
表4-6 高介電係數閘極介層相關專利…4-10
表4-7 全球在單電子電晶體元件的研究狀況…4-14
表4-8 投入MRAM的主要國際大廠…4-15
表4-9 AMAT主要新產品…4-19
表5-1 相變化記憶體作成元件之後將可能面對的問題…5-12
表5-2 奈米邏輯元件(1)…5-35
表5-3 奈米邏輯元件(2)…5-35
表5-4 奈米記憶體(1)…5-36
表5-5 奈米記憶體(2)…5-37
表5-6 各種奈米電腦技術的比較(1)…5-38
表5-7 各種