股緣神龍 i3w55

 有關半導體報媒網文資訊多如牛毛，各演各專業領域調，觀之令人眼花撩亂，意涵深邃難懂，不易窺之整體系統性全貌，版主詳閱N篇專業文，特加以消化溶解，以言簡意賅語詞撰述本文，以供身為時代人無時間詳予探究，而欲初窺該產業現今概況之面貌者參考。

近年石墨烯產品熱夯，誇效宣傳廣告，躍然電視媒體及充斥網文，不禁譲人多投於好奇關注眼光----~

未來超導世紀，由地球太空域至人居土地域，不論係探索宇宙火箭升空強效助推劑，主宰太空戰域之隱形超音速戰機，縱橫地表領域之匿蹤無堅不摧坦克，通行交通自動駕駛環保電動車心臟電池，日常生活機能強化，強力醫療保命精品，所使用之現世代（第三代）半導體核心新科技原料~~非它黑材料之王『石墨烯』(Graphene)莫屬！

最近又發現一種新科材~〜錫烯（報媒網論少不知何結構物與確切用途？且待以後獲更多訊息再析解）

半導體發展歷程

十九世紀（鐵器時代）➠二十世紀（矽時代）➠廿一世紀（碳時代，主流代表石墨烯）

由歷史演進軌跡觀之，半導體發展迄今已邁入第三代之進程，回顧其發展細目階段：分代主要係著眼於產業革命相對應演化歷程而言

全球第一顆半導體1940年問世，嗣後半導體蓬勃興起，於1950~1960年代，更間接造就積體電路（IC）微電子產業之發展，開啟半導體融進人類生活重心之世代。

第一代半導體（晶體元素半導體）：矽（Si）、鍺（Ge）為主體原料（起源於20世紀50年代1950-1970 年代，迄至2000年之後正式投入應用市場），兩者之區分主要以先進製程及晶圓材料為主。

第二代半導體（化合物半導體）：砷化鎵（GaAs）、磷化銦（INP）等化合物為主體原料（20世紀90年代1970〜1990年，自貝爾實驗室發明室溫半導體雷射之後，成為市場新寵，從而開啟新世代）。

第三代半導體（寬能隙半導體）:氮化鎵(GaN） 、氮化鋁（AIN）、碳化矽(SiC）、硒化鋅(ZnSe)、氧化鋅 (ZnO）等為主體原料（前導：21世紀2010年5G、電動車世代主體原料，後發：21世紀2020年代後至22世紀，石墨烯將躍登新主流。其應用領域：含括全自動駕駛（含電池快充）、AR擴増實境、AI機器人、綠能、5G基地台、國防探索雷達、極限軍事戰備，生活用品(效廣）-----等。

觀諸各代（階段）科材均有其階段任務領域，迄今仍被廣泛應用，不具後取代前代之狀況，僅係產生效能與延展性之差異區分而已。

各代半導體特性及優缺點，詳如網摘附圖(文末附錄)。

半導體整體產業鏈

半導體產業係台灣科產N01強項，擁有傲世最完整產業聚落及專業分工，其中光就台積電一家更係橫掃全世界半導體商戰場（半導體世界老二美國英特爾公司(Intel Corporation)眼紅正想盡各種辦法意圖超車），現尚無敵手，被國人讚譽為護國神山，堪謂實至名歸。

探究半導體整體產業鏈含蓋上中下游三流程===整合型廠全程統包

半導體成品一般製作流程：

IC產品構思設計（IC設計公司提藍圖）➠製成晶圓半成品（委由專業晶圓代工廠或整合廠製造）➠進行前段測試（先期）後再切割及封裝，最後完成總測試（後段）（轉由専業封測廠執行）➠通過合格之成品（由銷售管道交系統廠商裝配生產）➠各商工航空業等系統應用產品(終端需求者)

上游= =IP設計（IC智慧財產權）及IC設計（類比與數位之分）代工服務

IC設計先期作業係相關成品誕生之源，其運用功能日益廣雜，全球產業現三分天下（老美 、大陸、台灣），而IP設計（含智財權設計與驗證）扮演要角，為有效縮短產品開發週期與降低成本，更顯其重要性地位。

中游==IC晶圓製造及相關製程之檢測設備、光罩、化學品等業

IC製造中期程序，將晶圓廠完成之晶圓品，以光罩印上電路圖樣，透由氧化擴散CVD蝕刻離子植入等一連串作業流程，將電路相關元件融入晶圓中，再經由多次重複步驟流程，終以製成完整IC。

下游==IC封裝測試及封測相關鹤程之檢測設備、零組件（基板、導線架）、IC模組、IC通路等業

半導體特性講究精密與準確度，IC產品加工製成完成晶圓後，無法立即使用，仍須經兩段測試及封裝之後期流程，並將晶圓切割成晶粒，以塑膠陶瓷或金屬加以包裝，保護晶圓體避塵污染，以利裝配完成製品。

—切就緒後無瑕產品最終交由通路商，進行交易，提供需求之系統商家使用。

✯半導體體產業鏈概況圖（圖文網摘加工運用）✯✯

半導體產業鏈較完整叙述請詳：（產業價值鏈資訊平台）

https://ic.tpex.orq.tw/introduce.php?ic=DOOO

神奇奈米躍登諾貝爾舞台

回歸主題，時下當紅矽晶圓材料處處聞缺料聲，相關產品正夯爆，成為諸多媒體多年爭相報導取材不盡之主題，可謂無與匹敵，如今知名半導領航者表態，謂其將被另一種大眾陌生新誕生更高檔之科材石墨烯加工品取代，且於未許之後會快速走入們日常生活中成為主流商品----信與認同乎！專業者持肯定態度！！

事實上石墨剝離原素製成品之妙用，將掀科技與生活之革命，且讓吾人瞭解其實質底蘊~~~。

現今半導體歷程經進入第三階段，且正廣泛影響吾人生活形態，其中近年來躍媒夯台面，最受注目之科技業明日希望之星~~石墨烯（黒科技材料），號稱最薄最堅固奈米材料，具有各種超強效能，觀諸應用層面，據經顯露資訊，目前除民生紡織及化妝品業，廣泛被使用外，其他諸如：商業、電子、國防工業等先進科技之應用，各國亦正積極陸續摸探嘗試中，而產製品應用面有日漸遍地擴展之勢。

回顧石墨奈米材料之問世，據悉，繫屬碳原子sd平方混成軌域組成六角型蜂巢狀之二維(2D)材料，導源於2004年英國曼徹斯特大學(下稱曼特大)物理學家安德烈-海姆（Andre Geim）與康斯坦丁-諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），於實驗過程中利用微機械剝離法，成功自石墨中分離出石墨烯元素，從而證實其可單獨存在(破解此前普認不可分之論述迷思），兩人因「在二維石墨烯材料之開創性實驗」發表突破性振奮創舉成果，於2010年共獲諾貝爾物理學獎殊榮，自此開啟世界各國硏究各種實務應用之紀元。

國內半導體教父台積電退休創辦人張忠謀，亦曾假媒體公開讚許石墨烯之效能，認為其有機會成為下一波半導體新技術主流，有專業名人加持當非同小可，願景堪謂無限。

石墨烯物理生成組構

石墨（二維晶體）➠氧化石墨烯➠石墨烯(可由固、液、氣體不同製程獲得）

參依維基百科註解略以，石墨 (天然體物）依其外觀及性質概分：磷片石墨、土狀(或非晶質）石墨，率皆產於區域或接觸變質岩之區域石英岩與黑色片岩或板岩與板岩之間，常與方解石，石英共生。

據一篇產業硏究資訊，全球天然石墨產能，迄今逾千噸水準，資源主要分布於大陸、印度、墨西哥等資源儲存度高大國；大陸則為全球石墨資源最豐富之國家，約占全球石墨資源總量四分之三(專利數亦列第一）；印度天然石墨儲量亦逾千萬噸，全球占比為七分之一 。

有關石墨烯研究之重要性，目前許多主要國家、地區，經將其提昇至戰略高度，可見其所佔舉足輕重地位。

探索石墨構素源，歷經多方研究驗證結果，其分離出之石墨烯，由碳原子以sb混成軌瞬成六角型呈蜂巢晶捲之平面薄膜，僅有一個碳原子厚度之二維(2D)材料，為碳之一種同素異形體，推翻往昔被誤認為假設性之結構，無法單獨穩定存在之論述。

觀諸石墨烯研發史，據悉(取材數篇專文報導撰合略以），石墨烯係分離於單原子層平面之石墨(黑材料），又稱單原子層石墨，源自20世紀初，X射線晶體學(利用X射線研究晶體中原子排列）創立後，各國物理科學家紛紛開始接觸分工硏究石墨烯之成份，初始硏究者著眼之重心，一批試著用化學剝離法（chemical exfoliation method）製造石墨烯，渠等將大原子(或大分子）嵌入石墨〈內蘊數層（各被視為單層構性）三維（3D立體）〉結構中，透過化學反應方式處理，初步得到石墨層間化合物，袪除嵌入原素分子後，僅獲石墨烯爛泥，由於難以分析與控制其物理性質，硏究失敗終止此方向之亙續探究；另批科學家則採用化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)，將石墨烯薄膜磊晶成長（epitaxial growth）置於各式各樣基板（substrate）進行分析，初期品質成效雖亦不佳，惟研究步伐未停歇，至1918年終有成果呈現，V.Kohlschutter與 P.Haenni初次發文詳細描述石墨氧化物質性質（graphite oxide paper）， 於 1948 年則有 G. Ruesg與F. Vogt 最先發表用透射電子顯微鏡拍攝之少層石墨烯（層數介於3~10層間）圖像。2004年英國曼特大與俄國切爾諾戈洛夫卡微電子製程研究所（Institute for MicroelectronicsTechnology）兩組物理團隊合作，復分離出單獨石墨烯平面，海姆與團隊成員偶發現一種簡單易行之石墨烯新製備法（實際上石墨烯製備法至少有氧化還原、溶劑剝離、溶劑熱法、外延晶體生長、電弧法、微波法、電化學、聲波處理…等十數種以上)，彼等將石墨片放置於塑膠膠帶中，摺疊膠帶粘住石墨薄片之兩側，撕開膠帶，薄片亦隨之一分為二，經不斷重複此一過程後，獲得越來越薄之石墨薄片(其中部分樣品僅一層碳原子構成)，製得石墨烯。基於石墨烯特性隱藏於一大堆石墨殘渣，不易完美緊貼基板上；故而，囿於其範圍小至1 cm平方區域內，欲求實驗數量之石墨烯，可謂難上難，加以見諸斯時代尖端科技局限，海姆遂運用巧思，採行將石墨烯置放鍍一定厚度(300nm)之氧化矽矽片上，利用光波之干涉效應原理，有效地使用光學顯微鏡獲致石墨烯，《倘使初始氧化矽厚度相差超過5%，且數值不正確(將300nm換為315nm)，即無法觀測到單層石墨烯》，堪稱頗為精準之傲世實驗成就。此外，另有學者硏究於各種不同材料基底上之石墨烯可見度和對比度，提供一種簡易可見度增強方法，利用拉曼顯微學(Raman microscopy)之技術作為初步辨認，亦有助於增加篩選效率及準確性之提昇。

據報導，事實上工業領域界，2002年10月即有美國華裔科學家張博增博士，首先提出申報有關石墨烯之專利，該內容曾述及有關石墨烯組成、生產工藝及應用技術----等等，且清楚闡述單原子層及多層石墨烯之製備過程。一般認為此乃全球最早關於單層石墨烯、石墨烯增強金屬基、樹脂基、碳基及陶瓷基複合材料之專利，從而開啟各國學術硏究貢獻度之先河。

嗣於2005年，曼特大團隊更與哥倫比亞大學研究者，再度證實石墨烯之帶粒子係無質量迪拉克費米子，自此類似發現論述紛出，激起一股硏究石墨烯之熱潮，此後，各國逾百位專精硏究學者，相繼擁入此一奇新領域鑽研科叢。

時序演進至今，眾識者知之，每當石墨進行被刮磨時，會產生諸多量大殘屑渣及石墨烯碎片，2004-2005年以前，無人注意此殘渣碎片究有何作用，故此，石墨烯之發現當歸功於海姆團隊，為固體物理學導引出一顆閃亮新科星。

石墨烯產能高效特性

《具力學~超導電~超導熱~透光〜溶解~滲透~高柔~高強度性》

依專業者說法，石墨烯係藉由石墨材料剝離而成之二維平面光電結構(晶結構垂直)，而石墨烯通常會以碳球或碳管形狀呈現，立體彎曲成中空球狀之分子結構《奈米碳球(Fullerene)，若成為管狀之分子結構，即為奈米碳管(Carbon nanotube)》。

石墨烯平面結構，通常會以碳球(立體彎曲成中空球狀之分子結構）或碳管（管狀分子結構）形狀呈現。

石墨烯(二維結構)之主要特性包括：奈米碳球或碳管

☊高導電性==（尤勝黃金）

電阻率約介於10-6 ☊.crn，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小之材料，此極低電阻率，極快電子移動速，將可用以發展更薄、導電速度更快之新一代電子元件或電晶體原料。

☊高透明性==（幾近百分百）

單層石墨烯只吸收_2.3%光，具有柔韌、可見光下透明、不透水不透氣等特點，適合用之於製造透明之觸控螢幕。

☊超薄、堅硬材料==《硬度勝鑽石〈即金剛石〉世上最堅硬之石頭）》

硬度勝鋼百倍，據諾貝爾委員會網文關揭露資訊，內關石墨烯載重之例證，指出一張二平方米之石墨烯吊床（肉眼難窺視），可承受四公斤重之猫，用特證明其薄韌性。

☊高導熱係數==（優於鑽石）

導熱係數高達5300 W/(m.k)，高於奈米碳管與金剛石（鑽石之原石）；常溫下其電子遷移率超過15000 cm²/V.s，高出奈米碳管或矽晶體。

☊高可撓性=（遠勝鋼鐵）

具頗強撓性，可容許撓取拉長及彎折，抗拉強度為鋼鐵3~4倍。可製作運用於網通、電池、顯示器、電子紙、智慧服裝等領域之數位調制器。

石墨烯革命性(含潛能)應用藍天領域

《基礎學科==新能源電池==柔性顯示屏==傳感器及複合材料》

可曾想像人類未來只要想得到用得到之用品，均可能由石墨烯原融合而成料，此乃所謂黑科技革命觀！！！

識者知之，石墨烯係粉末，具備超細輕及低密度可空飄，今被喻為神奇奈米材料，厚度僅有一個碳原子（carbon），具各種超優特性，專家業界認有機會成為取代矽材料替代品，未來尖端科技均係石墨烯大量應用之範圍。

學者之論理，石墨烯可替代活性炭等，提高儲能器件之容量與效率，此復合材料有望取代傳統碳纖維，除可用於製造更加輕型之飛機和航天器等外，於光學領域方面，經出現柔性透明電極、光伏器件、光源、光探測器、超快激光器、光頻轉換器及太赫茲器件……等之研發品問世。

石墨烯屬功能性複合材料，因具優質之材料物性，且較現今一般常見填料，能於更低含量中創造出更有效強化結果，其製程近幾年發展態勢堪稱頗為迅速。

石墨燼實質上亦係一種透明、優質之導體，據蒐集資訊顯示，可廣泛運用於觸屏（電腦、手機）、光板、散熱、功能塗料、導電油墨複合材料、綠能環保、潤滑劑、生物製藥、新能源等領域，被稱為新黒材料之王，其各層面之實物體應用範疇：

—、紡織飾品〜(延展性、柔性特強）

電視媒體(購物台)日日大放送，推銷各種石墨烯製成器具用品（如塑崩褲、超導性鞋墊、腰帶(夾)、眼罩、手套、護膝、保命被-----等）優異性，率皆強調價雖較貴卻具高度伸縮智能性，令人驚奇又疑惑宣傳效用性。商家強調實乃因石墨烯具有遠紅外線光波，故能快速導熱，亦可蓄熱保溫，加之導電性佳，可促進血液循環。現今紡織品之應用頗多，實際上，石墨烯廣泛運用產出實物，舉目而望為不爭之事實。

不僅紡織業者，另化妝品業不落商競，基於石墨烯因能釋放遠紅外線能量加速精華液導入，亦積極硏究石墨烯新運用，如問世之生技硏發品面膜布料-----等。

二、 LED照明設備〜

混合石墨烯製成之噴漆，應用於發光二極體（LED）燈具背後之鋁製散熱鰭片，另石墨烯塗料製成LED照明燈飾，較之傳統之LED燈照，既可降低耗電力與延長使用壽命，且可提高燈具均勻導熱效果，符合現今環保性革命。

三、太陽能光電元件〜

石墨烯不僅可作為透明導電薄膜，亦可與矽之界面處，分離光生載子，此種材料結合之結構特性，爲推動石墨烯太陽能光電元件，激發新研究方向----。大陸率先研發利用鋰離子於石墨烯表面與電極之間快速大量穿梭特性， 開發一種新能源電池，而美國加州大學則研究開發一種以石墨烯為基建之微型超級電容器(可數秒內為手機及汽車充電)。

四、 智慧新型手機〜

全球首批量產石墨烯手機，大陸經硏發成功問世，採用最新之石墨烯觸控式螢幕、電池和導熱膜等新材料合一成套，該款命名為影馳" SETTLERα（開拓者α）"，宣稱長時間使用不發燙，並維持良好性能。

五、 快效能源電池〜（強勢石墨烯電池秒殺所有鋰電池）

石墨烯電池(一款基鋰離子電池==「烯王」見世)，可實現短時間內快速充電，效率遠勝一般電池，且可於超低溫環境下工作，循環壽命高達數千次不等，翻轉現行電池大革命，開啟能源新應用時代降臨。

六、 電動車組合配備〜

石墨烯光達元件車規級激光霍達，結合智能車雲，網聯自動車駕整套技術，溶入電動車，未來將成馳騁馬路虎道安全升階超級尖兵。

七、 透性觸控螢幕〜

使用透光性更佳石墨烯導電薄膜，其透光性高於目前市場應用之電極材料ITO，擁有不偏色丕泛黃之特點，能更加還原螢幕之逼真度，未來將成觸控屏幕主流材料。

八、半導體技術突破運用〜

現今之半導體率皆使用矽原料，惟有些材料每當重新排列與調整原子間之距離時，即會發生產業無法預知改變，此變數導致傳統半導體領域甚難介入，而石墨烯半導體材料，正可擔任合成輔助材料要角，解決目前先進半導體發展之技術瓶頸，未來石墨烯與氮化硼(多種同質異形體，其中α-BN類似石墨)加以整合，塑造成嶄新電子元件，調整改變原子間距，對半導體產業將係頗大貢獻。

九、智慧穿戴裝置〜

人類智慧啟迪，印刷電子設備之上，融入石墨烯運用，同時可穿戴技術實用性亙續加強，配合氧化石墨烯各種運用之突破發展，可穿戴技術潛力將被激發，進以深層硏發，多管齊下，未來監控人體健康條件之高性能服飾、新型移動通信設備、可穿戴式電腦，均可成真甚至普及。

十、光能飛航科技〜

石墨烯於受光後會瞬間產生大電子流，非常適合用於太空領域之太陽帆(助軌道太空船調整飛行姿態)。另使用石墨烯製成組件，可使機身(翼前緣尾部邊緣)更薄，減重量同時保持其安全性。隨著黑科材製備技術研發完成，倘製成塗料附著於航空器，如係軍機(超音速戰機)上，可將電磁波吸收和散射，避開雷達探測，達到隱形效果，強化戰力，如係火箭、太空梭則可抗高腐蝕及延壽命。

十一、生技感測抑菌療物〜

氧化石墨烯(衍生化合物），對細菌具有抗菌性，生技業認為可應用於癌症之治療上，進而尋覓一系列新應用，如自動除氣味之套鞋、保存食品新鮮包裝。目前國內數所醫療硏究機構，利用「石墨烯奈米粒子」導熱電特性，藉動物體內注射作為，初步進行腦瘤化療藥物種種實驗，以觀察抑制腦瘤生長狀況，惟成效仍有待長時間驗證。

十二、昇華海水淡化技術〜

由於石墨烯係一個平面結構，其具頗大面積體積比，擁有頗大吸附能力，可將某些雜質吸附於表面，同時由石墨烯製成過濾器，效益亦勝過其他海水淡化技術。

十三、國防軍事裝設備〜

石墨烯具有高吸收電磁波之特性，適合應用於軍事設備上，國內有學術硏究團隊成功開發出綠色石墨烯製備技術，使用純水取代強酸或氧化劑，透過瞬間高溫及超音波震盪技術，進而將石墨烯剝離，將可運用至國防工業中。另海陸軍規設備(如坦克、電磁炮、防彈衣盔甲、雷達、船艦、潛艇、雷射星戰---等)需長時間之抗腐蝕、穩定度要求高，使用特殊用途之石墨烯塗劑料，當為重要考量途徑。

石墨烯觸發全球潛商機

諸多科技大廠，甚至各國政府傾力協助發展之下，全球雖經發出多達數千項石墨烯專利權，惟卻未見黑科材被大量商業化運用，究由實係因價格昂貴所致，導致推動難度甚高，現今諸多科學家則認為石墨烯製品乃革命性之新科料，其應用關鍵之配方表質等物域，隨歲月演進，研發技術日趨成熟，滾動整體龐大之產業鏈（個別廠商難統包主導，需多方配合組成）串聯成形，無疑將促使電子產業步入新發展里程碑。

據探，全球石墨烯產業至去年底，市場規模約達200億元，且朝穩定道路邁進，其中美國、大陸、南韓、日本、馬來西亞及歐盟，經紛紛挹注龐大資金，展開相關硏究及技術布局，應用層面普及率日高，於被社會廣泛接受之下，將進入商業化進程，全面引動兆美元商機大餅。

國內投注黑科材資源境況

石墨烯之廣泛應用，市場前景十分看好，加之政府對石墨烯技術硏究與應用之大力支持，近幾年黑科王產業，分離技術及材料混合製器日趨成熟，正高速發展中------。

據專業者看法，進軍石墨烯產業，宜短時間整合殺手級產品，導出產能，國內現今切入石墨烯複合材料應用之步調，雖仍較之美、大陸、韓、日緩慢，正式涉入相關廠家亦甚少，堪謂小貓數隻，有待積極直追，惟整體發展石墨烯之環境，拜半導體整體產業發達之賜，堪稱頗佳，由各種發表之成果論述知悉，經進階至應用研究期，未來有機會快速迎頭趕上與領先者並駕齊驅。

探究國內現行投入石墨烯領域之相關業者情況，有實質研製應用進程之廠商不外：奇鋐大陸微量產石墨片供應高階手機；三晃與美商安固加強合作，積極投入石墨烯薄膜與石墨烯基化合物之研發、量造；久元電子子公司旗下久宏鑫則引進國外之石墨烯CVD成長技術，建立第一座8吋石墨烯CVD爐，並利用化學氣相沉積（CVD製程量產石墨烯；另安炬科技進行石墨烯粉體與石墨烯電化學儲能組件應用硏裂；藍石科技開發出石墨烯多點觸控柔性觸摸屏；鸿海將石墨烯應用於LED、電化學電池、觸摸屏、觸摸笔、導電薄膜等領域（石墨烯專利申請數量居首）；新創公司奈創科技、誌陽科技等，亦相繼投入石墨烯研發生產行列。此外，其他均屬各學術機構之研究，經有各種應用成果展現，黑科技產業藍天前景可期待。

黑科材世代變數與期盼燦空

綜之，石墨烯技術突破與高度運用，乃係經濟效益與科技昇華及國力展現。見諸每家科技大廠渠等基本上所涉足應用領域、策略有異，石墨烯市場太大難以獨胃納，只能分羹合營創餅，亙續研究而行，預期更多業者跨足進入硏發石墨烯行列，當先進科技之高應用進化，及生產良率與高成本瓶頸問題突破解決後，石墨烯時代榮光將正式躍世舞台。

目前石墨烯於各層面之應用，僅僅係一個開端，吾人認為好戲在後頭，未來不啻大幅改變人類日常生活作息態式，讓明天變得更美好，同時另方面世界強權太空版圖爭奪主導權，更趨白熱化，端視孰先領技捷足，一切均會形成未知之變~~變~~變！！！。~

附錄

一、各代半導體科材特性及應用==(附圖：網摘加工)

二、石墨烯物體原貌==(導電型石墨烯片)