瑞典 Chalmers 科技大學參訪心得報告
雷明峰
2004 年八月下旬，王暉教授與我訪問了瑞典歌德堡(Gothenburg)的Chalmers科技大學( Chalmers University of Technology)的微波電子實驗室(Microwave ElectronicsLaboratory，MEL)，參觀實驗室及與研究人員討論彼此研究的主題及分享研究經驗。在一星期的行程當中，我們還訪問學校附近的微波產業，與會的業界人士，對於我們的研究成果印象深刻，也對於未來合作的可能性深感興趣。在瑞典的一週裡也體驗了與眾不同的北歐文化。透過這次的參訪，發現我們與Chalmers 研究群的研究有許多的交集，在未來有許多合作的可能性。
Microtechnology Centerat Chalmers (MC2)概況
Chalmers 科技大學的MC2 大樓，為Chalmers 科技大學規模最大的發展計畫，共計投資了九千萬歐元興建，每年維護經費約5.5百萬歐元，共有25,000平方公尺的實驗室空間，以及200多位研究人員在此大樓， 於西元2000年啟用。我們這次所拜訪的，為MC2裡規模最大的微波電子實驗室(Micr owave Electronics Laboratory， MEL)，約有70位正式的研究人員(教授、博士後研究員、以及全職博士生)。MC2的研究核心為一間一級的無塵室。這間無塵室占地1,000平方公尺，主要功能包括矽製程、III-V製程、以及微機電製程三大區域。貴重儀器如電子束顯影器(e-beam lithography system)有專屬的空間，一些特殊的製程如鐵電性材料以及超導材料，也可以在此製作。整間實驗室環境也有嚴格的控管， 整間無塵室的清潔度介於class1(最高級的e-beam)跟class1000(一般製程)間，建築結構在大樓起建時便做了許多的設計以減少外在環境的振動， 實驗室在運轉時也隨時地做監控，溫度和溼度皆有嚴格的控制。在無塵室正下方有一間相同大小的房間，放置無塵室的後勤機房，將空氣及製程原料輸送到上層的實驗室。無塵室編制內， 共有2 0 位專職的工程師負責維護無塵室裡的實驗設備。除了MC2本身的研究，此無塵室也支援業界，提供廠商做一些製程及材料的研究空間。MEL有許多的研究成果，都是在這頂尖無塵室所完成。
微波電子實驗室(Microwave Electronics Laboratory，MEL )
我們為期一週的訪問， 負責的接待人員為微波電子實驗室(Microwave Electronics Laboratory，MEL) 的主持人 Herbert Zirath教授。MEL 其下分為四個研究群 : 超導混頻器、新興微波科技、高頻電子、及應用固態物理。MEL 的實驗室設備相當完整：S參數量測系統可量測到110GHz(近期將架設至325GHz之系統)、雜訊指數量測及負載拉移系統(load pull system) 到110 GHz、相位雜訊(phase noise) 量測系統、四組低溫量測設備、機械加工設備、以及電射及光學設備(用於 THz 研究)。MEL 的研究範圍相當廣泛: 除了傳統的GaAs HEMT，InP HEMT MMIC的製程及設計，他們對於CMOS MMIC、GaN元件、磁性材料及超導材料都有不錯的研究成果。MEL目前主持兩頂國家級的計畫: HSEP(SSF Strategic Research Center in High Speed Electronics and Photonics) 及CHACH(Chalmers Center for High-Speed Technology, a VINNOVA competence center in high speed technology)。MEL同時與歐盟合作密切，除了參與三個 “ 卓越網路”之外，MEL也參與了五項歐盟的研究計畫。MEL也與業界合作密切，除了與當地的Ericsson 及Saab Ericsson Space 有長期的合作計畫之外，它也與國際企業如與Philips一同研究高帶能元件。
訪問行程
在一星期的行程裡，我們與MEL實驗室許多研究人員碰面並討論彼此的研究計畫。有兩天的行程去拜訪附近的微波工業，Ericsson 及Saab Ericsson Space，業界人士對於我們所發表的電路相當有興趣。
我們第一天首先拜訪MC2 部門主管(MC2的單位大小介於我們的系與院中間，所以他們的dean 相當於我們的系主任和學院院長之間，為MC2 的最高主管)Stefan Bengtsson教授。Bengtsson 教授給了我們一個Chalmers及MC2的簡介，並且帶我們參觀了他們引以為傲的無塵室。在吃完午飯之後，Zirath 教授花了一些時間介紹MEL： 其規模、已發表成果、目前研究計畫、以及未來的展望。最後我們與CHACH 計畫主持人Jan Grahn 教授會面。Grahn教授本身的研究為InP HEMT，InP HEMT 雖然非商用市場之主流，但是在一些特殊應用如超低雜訊放大器，以及高頻毫米波的放大器，它還是有它的競爭力，所以在MEL有一小組人仍有做一些InP HEMT 的研究。除了討論他們的研究成果之外，Grahn 教授也告訴我們許多瑞典產業界的新聞及故事。
第二天早上我們與Spartak Gevorgian會面。Gevorgian 教授的研究主要是使用鐵電性(ferroelectric)材料來做一些微波結構。鐵電性材料中的離子結晶會形成同向的電耦極， 所以會有相當高的介電係數( 高達20000) 並且會隨電場改變，利用鐵電性材料所製作的微波結構可以做得很小，並且有可調整的特性。鐵電性材料整合在矽製程裡可以改善矽製程的一些缺點如高介質損耗，及漏電流等問題；利用鐵電性材料，也可以做可變電容、相移器、調變器、及可調濾波器等微波結構。
下午Dr. Zirath有為王教授安排一場演講，介紹我們實驗室的電路研究成果。出席我們演講約有五十人，其中也有不少業界人士專程前來聆聽。參加演講的人士都對於我們設計的電路數量和表現印象深刻，尤其以CMOS的MMIC及60GHz整合接收器MMIC特別感興趣。演講完我們還拜訪了Iltcho Angelov。Angelov 教授的專長為元件模型，在微波界常用的場效電晶體模型「Angelov Model」即為他首先提出。對於元件模型的建立，Angelov 教授有自己獨特的見解，最重要的一點為一個元件模型應該要以最簡單的公式表現出其最重要的操作特性。在MEL實驗室實際應用上，發現廠商所提供的元件模型(BSIM3，EEHEMT)常會有模擬結果不正確，或是不收斂的情形發生，最後還是得要自己做模型。Angelov教授的意見，也點出電路設計者，必須要了解元件模型的特性，而不是一味的使用。有許多同學在設計電路時都盡信廠商模型，Angelov 教授的經驗，大家都應該重視與參考。
我們第三天下午參觀Ericsson。Ericsson位於Molndal，於哥德堡東南方的郊區，距離哥德堡市中心約十五分鐘車程，許多公司的工廠都集中在此區。我們與當地的研發部經理Thomas Lewin 及其部門的工程師會面，介紹彼此的研究成果。Ericsson這裡的研究群為微波及高速電子研究中心(Microwave and High Speed Electronics Research Center)，目標為設計一個60 GHz 的收發器系統。他們最近的研究，主要是針對壓控振盪器相位雜訊的改善，以及倍頻器的設計。他們目前已經有許多不錯的成果。其中有幾位工程師有來參加前一日的演講，並且對我們的 CMOS電路很有興趣，所以也針對我們所設計的CMOS電路及寬頻電路交換了許多意見。
第四天一早拜訪Sergei Cherednichenko教授。Cherednichenko 教授研究THz 頻帶的超導混頻器，主要是做用於天文用以量測THz 頻率信號的混頻器。他們利用異質接面能障二極體(heterostructure barrier varactor diodes, HBV diodes)及熱電子熱測器(hot electron bolometer) 來製作毫米波和次毫米波的混頻元件。他們也同時研究接收此信號用的平面天線。要在實驗室產生THz 級的電磁訊號，需使用到雷射，我們也同時參觀了相關的實驗設備:雷射、光學桌、偏光分光等光學設備、干涉式的頻譜分析儀、低溫設備、以及精密組裝用的顯微鏡。這些研究將用於歐洲許多的跨國計畫，如SSF HF 計畫、EU INTERACT 計畫、以及歐洲太空實驗室(ESA)的FIRST跟Kasimir計畫。
下午我們去參觀Saab Ericsson Space。Saab Ericsson Space 是由Saab (60%) 跟Ericsson(40%)合資的一家太空科技公司，除了在哥德堡的總部外，在瑞典東岸，及奧地利(100%子公司) 有據點，負責太空工業所需的不同組件。在哥德堡的總部， 主要是負責研發及生產微波收發器系統及各式天線。至2004 年5 月為止Saab Ericsson Space 已交貨超過300 組收發器系統。Saab Ericsson Space除了有一半的營業額是與ESA 和政府機關的合作之外，另一半為與私人公司之間的貿易。最後我們還參觀了他們的生產線。
返回MEL實驗室，我們與Peter Linner教授及數位Ph. D. 學生會面。Linner 教授做的是新型微波被動元件結構如 power divider 及 baluns。他們在近期的IMS2004有發表一篇用集總元件合成的branch-line coupler，可以做得很小，並且在帶通頻率有很好的表現。他們也做合成材料(metamaterial)的研究。
最後一天我們與Zirath 教授會談，看了Zirath 教授所做的MMIC，並且討論本實驗室與MEL 合作的可能性及合作模式。結論是：最快的方式，應該是資源互相分享的模式，比如說在量測互相支援及驗證；大型的合作關係，則可以在未來提研究計畫時互相掛名並且兩方分工合作。在業界資源，我們有同共的合作關係，如穩懋半導體，但有些是我們特有的資源，如TSMC，或是MEL 特有的資源，如IMEC和IBM，我們可能可以藉由學術合作而去接觸到彼此沒有的製程資源。最後也可以藉由交換學生或是客座教授的方式，增進雙方的學術交流。王教授並提出邀請Zirath教授來本系訪問，Zirath 教授也表示非常樂意，最快的話也許今年年底可以成行。
參訪心得及感想
在這一星期的訪問行程裡，我們參觀了一個世界上數一數二等級的微波實驗室，並且體驗了一個全新的文化。平心而論，MEL實驗室的設備，研究人員，以研究成果，世界上沒有幾間學術單位有如此規模的微波實驗室。能夠來這裡一個星期，對我們來說真的是大開眼界，並且深感佩服。
瑞典為典型的福利國家，薪水高稅金也高，故人民都受到妥善的照顧，對於人、事、物也都有最高的要求。所以瑞典人即使在學校及企業裡也很注重生活品質，實驗室採光很好，辦公室( 實驗室及公司皆是) 幾乎都有一整面對外採光的玻璃，並附設舒適的休息室，提供咖啡、熱茶，讓工作人員放鬆身心。或許是我們在的時間剛好是瑞典人的年度旅遊時間，所以無論是在實驗室或是公司參觀，感覺起來人都很少。整個工作環境及氣氛是很悠閒愉快，跟台灣的學術單位或是公司裡的緊張氣氛差異很大。
我們對於MEL實驗室的整體印象是很深刻佩服，並且多少有一點羨慕。MEL實驗室的設備完整、空間寬敞、有許多的研究計畫跟一流的師資與學生，所發表的研究成果包括整個微波領域，並且有許多的獨創設計及應用。這些必須建立在一個經費充足、重視研究發展的環境才有可能發展出如此成就。反觀台灣的研究環境，在經費上與MEL 比是非常的少，而業界普遍對於研發不夠重視( 近年雖然有進步，但與歐美比仍有相當差距)，台灣的師生在此環境下工作特別辛苦。不過觀察這幾年我在國際上發表的論文數量可以跟歐美知名大學相當，我們應該對我們自己的成就感到驕傲，外國友人來參觀我們的實驗室，應該也會讚嘆不已吧！
台灣學術界一直以來都與美國的關係較為密切，從學制、師資、設備，多來自於美國。然而在大西洋另一端的歐洲大陸，有許多的資源及合作管道我們沒有積極地開發。其實民國初年世界的中心在歐洲，從人文、時尚、科技、財金、政治等都以歐洲為執牛耳；當時的學術界也以歐洲為中心，許多民初的學者都是留學歐洲。美國藉由二次大戰成為世界的領導者，學術界的重心也由歐洲工業大國如德國、法國、英國、瑞典轉移到新大陸，但是歐洲仍然有保其優良的科學方法研究傳統。近年來歐洲政治環境的變化如蘇聯解體、東西德合併、與歐盟的成立，使得歐洲的影響力大增。許多的研究計畫在歐盟的贊助之下而誕生，再加上歐洲人不像美國人對學術研究偏於急功近利的態度， 有許多的研究具有重要的意義，在未來會有舉足輕重地位。藉由參訪 Chalmers 科技大學的機會，我們與瑞典微波界精英建立一條溝通的橋樑。這個新的機會，是我們與歐洲研究單位合作的開始，希望藉由學術及文化合作交流，能夠為雙方帶來更創新的思維，以及更多的研究成果。
此參訪活動係由國科會卓越延續計畫(NSC93-2752-E-002-002-PAE)所贊助。雷明峰，現為電信所博士班二年級生。