Echoes of a Distant Tide

新材料的開發往往需要大量的 trial and error 才能找到正確的原料、配方、與加工方式，甚至於還常常需要一些機緣，

整體的流程就如上圖的左半邊所示，從分子的設計、合成，一直到組合成元件或裝置，最後測試性能，然後分析數據並改進，

相信大家都感覺得到，要完成這些流程是非常花費時間而且高成本的，

以一般的材料研究室來說，材料的合成和元件的製作通常需要分工，有些研究生專職合成，有些人負責用各種材料來測試元件，

更不用說在業界，每一流程都能獨立出來成為一間公司了，

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利用機器學習與類神經網路 (neural network, NN) 等技術來建模需要要足夠量的資料才能有好的表現，是眾所皆知，

而且 NN 是著名的黑盒子，也就是我們基本上不知道NN到底是學到了什麼，說不定學到的東西根本就不符合基本的物理原理，

因此誕生了explainable AI 試圖去解讀人工智慧學到的知識，

相較之下，

傳統的物理模型有非常明確的框架，例如各種從經驗和觀察而得來的物理法則與公式，還有各種數值方法得到的動態模擬等，

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近日，「藍色巨人」IBM發表新聞稿，表示他們已經率先全球，發表他們的2奈米製程做出來的晶片，

我個人猜測年底會發表正式的數據於IEDM。

根據新聞稿所說，IBM做出的2nm製程晶片相較於7nm製程，

在高性能的情境下可以提升45%的效能，或是在功耗為重時，節省75%的功耗。

新聞稿一出來，引發各界熱烈的討論，尤其還有媒體以「台積電危險了?」「超車台積電?」之類的標題搏取眼球，

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二氧化鉿 (Hafnium Dioxide, HfO2)是先進半導體製程中相當重要的材料，

以台灣的產業中最主流的邏輯電路而言，

HfO2最主要的用途在於取代SiO2做為高介電常數界面層的材料，以避免閘極長度不斷微縮後漏電流難以控制的問題，

它不但擁有很高的介能常數 (~25)，也具有較好的熱穩定性，並且和矽有很好的相容性。

這類High K材料與金屬閘極結合成的「高介電常數金屬閘極」 HKMG已經是28奈米技術節點的標準配備，

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曾經，半導體製程經歷過主要透過黃光 (lithography) 縮小間距就能微縮、加強元件效能、降低成本的美好年代，

不過隨後微縮的尺寸越來越接近黃光的極限，需要引入「多重曝光」(multi-patterning)，

光罩數目的增加和整合難度的增加，讓黃光微縮帶來的成本和效能紅利已經越來越不足以支持摩爾定律的延續，

因此半導體製程開始走向 "Design technology co-optimization (DTCO)" 以降低對黃光微縮的依賴，

比方說「自我對準」 (self-aligned) 設計、SiGe 通道 (SiGe channel)、空氣間隔層 (airgap spacer)等等，

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 (Samsung Foundry Forum)

在2018年5月22日在美國加州Santa Clara舉辦的Samsung Foundry Forum中，

三星針對他們半導體製造的最新進度與計畫做了一系列的介紹與進度說明，

包括他們即將在2019量產、採用EUV的7nm Low Power Plus (7LPP)，還有他們在先進封裝、FDSOI、EUV量產化等技術上的努力，

不過最受矚目的，就是他們正式發布他們在5奈米製程之後的規劃，包括5、4、3奈米共三個製程節點，

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在漫威宇宙中，「汎合金」 (Vibranium)的神奇效用造就瓦干達(Wakanda)的強大，

現實生活中當然沒有汎合金，不過倒是有念起來相近的「釩」(Vanadium)，

其氧化物卻開啟了熱電材料的新契機，由柏克萊大學的研究團隊闡明了機制。

發表時間: 2017年1月

文章標題: Anomalously Low Electronic Thermal Conductivity in Metallic Vanadium Dioxide

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發表時間: 2018年4月

文章標題: Ultralarge Elastic Deformation of Nanoscale Diamond

發表期刊: Science

文章引用: Banerjee et al., Science 360, 300–302 (2018)

傳統上，我們認為鑽石 (金剛石)是最堅硬的材料，

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各色紛陳的材料設計與合成手法，賦予高分子材料 (polymer) 無窮盡的各種功能，

透過精準的設計與合成，為形狀記憶高分子開闢一條新的道路。

發表時間: 2012年10月

文章標題: A General Approach Towards Thermoplastic Multishape Memory 

Polymers via Sequence Structure Design

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在討論鑽石 (金剛石)與石墨的性質前，我們必需要了解其鍵結。

鑽石與石墨都是與碳為構成元素的材料，每一個碳會與相鄰的碳各出一顆電子，

形成堅強的「共價鍵」Covalent Bond。

大學的普通化學則會進一步提到「電子雲」的概念，

此後就要習慣將共價鍵視為電子雲的重疊。

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在高中時學到，一般酸類的液體都是用玻璃材質的瓶子儲存，即便是硫酸、硝酸等，

不過身為弱酸的「氫氟酸」HF，俗稱「化骨水」，卻不能比照辦理，原因是為何呢?

答案是: 氫氟酸會與玻璃的主材料 : 二氧化矽 (SiO2)發生化學反應，導致玻璃瓶被破壞。

            二氧化矽的結構中，氧本身帶有的孤對電子 lone pair 扮演很重要的角色。

            這個孤對電子甚至可以延伸到日後針對氮化矽 (Si3N4) 對氫氟酸的反應能力討論。

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接續上篇 http://swospam0418.pixnet.net/blog/post/459535084，

繼續從化學實驗室常使用的乾燥劑的角度，討論中興化工這次意外的可能原因。

除水步驟是化學合成實驗室最普遍、基本的步驟之一，

原因是許多化學反應都對水份在反應系統中的量有很嚴格的要求，

比方說與「異氰酸酯」isocyanate有關的反應，由於異氰酸酯和水有很強的反應性，因此會干擾正常反應的進行，

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