陳珮珮
施敏教授演講
時間：103年10月06日 下午1:30-3:30
地點：國立台灣科技大學綜合研究大樓 RB105
前言
演講開始前，台科大李咸亨副校長代替校長為施院士致詞。
李副校長簡單介紹施院士的成就，施院士是台灣大學電機學士，美國華盛頓大學電機碩士，史丹佛電機博士畢業後進入貝爾實驗室（Bell Labs）工作，工作27年間五次留職停薪回台灣任教幫助台灣半導體界，在台灣的五次時間裡面，交大前校長張俊彥、空中大學前校長陳龍英、鈺創董事長盧超群、台積電副總經理暨技術長孫元成，以及交通大學副校長謝漢萍等半導體界的前輩都是他的學生。1967年，施院士與韓裔姜大元博士發現了「非揮發性記憶體效應」或稱「浮閘記憶體效應」（non-volatile semiconductor memory effect, NVSM effect），之後由此衍生出的快閃記憶體（Flash memory）讓人類走向了數位時代，智慧型手機、平板電腦、數位電視、數位相機、全球定位系統，都是由此的後續研製出來。
施教授有16本著作，包括教科書、參考書及專文。1969年，施教授寫了一本英文書──「半導體元件物理學」（Physics of Semiconductor Devices），引起全球注目，被翻譯成六種不同語言並發行將近兩百萬冊，改版三次，引用次數更達兩萬四千多次，因而被譽為「半導體界的聖經」。施院士為中研院院士同時也是美國國家工程院院士及中國工程院外籍院士。這三個重要的院士都是因為其學術成就及對國家的貢獻所得到的。今天這種學術場合能請到他而且各位同學各位貴賓踴躍參加，讓我們看到台灣的希望。
電子產業的重要
李副校長致詞後，演講正式開始。
今天的題目是「邂逅數位電子時代」。「邂逅」的意思是不期而遇，我們不期而遇地碰到了數位電子時代（digital age）。在此時代全球的大趨勢包含國際化（internationalization）、 地域的觀念慢慢淡化、多邊雙邊合作增加；資訊化、網際網路、多媒體（Multimedia）、電腦無所不在；科技化、通訊交通大幅改進、世界改變快速（cellular phone 三個月就一個世代）。
20世紀20項最重要的工程成就有電氣化、汽車、飛機、淨水、電晶體、積體電路、無線電、電視、農業機械化、電腦、空調、高速公路、太空旅行、網際網路、影像技術、家用電器、醫療、石油技術、雷射與光纖、核能、材料科學。20項中有10項與電機電子有直接關係，其餘的也多有間接關係，像一部汽車中鋼鐵成本有1000美金，電子元件則有6000~8000美金，其中微控制器（micro controller）就有五十個～一百個。
電子無所不在，電子業規模原本是第二名但在1996年超過汽車成為全世界最大產業，電子工業的基礎是半導體，半導體產業規模在2010年超過鋼鐵工業(也超過航太工業，去年中華民國工業產值百分之四十是電子，外銷也是近百分之四十，電子的基礎是半導體，所以半導體很重要。
數位電子時代的歷史
1947年，第一個電晶體（transistor） 被貝爾實驗室的三位先生發明，開啟了現代電子時代（modern electronic era）。（1906年發明的真空管開啟老的電子時代）接著電子相關研究快速發展，1959年，第一個高台型積體電路被發明，同年第一個單晶體積體電路出現，1960年，發明第一個金氧半場效電晶體（最小金線寬25微米）。而後，積體電路的最小線寬一直下降，從25微米到1970年10微米，1980年2微米，1990年0.5微米，2000年0.13微米，到現在的0.016微米也就是16奈米。估計十年後可達到10奈米。Intel於1968年成立，1970年做出第一個動態隨機存取記憶體（Dynamic Random Access Memory，DRAM）。當時的DRAM只有1024bits(1K)，現在最新的DRAM已經到8G了。
大家應該聽過摩爾定律（Moore’s law），每三年積體電路密度增加四倍，這個想法在1965年被提出，但摩爾定律到兩千年就有問題了，因為DRAM要6～8年才增加四倍。不過有個東西救了它，就是快閃記憶體，它使Moore’s law繼續下去。施院士還另外提到，摩爾本人有很多Intel的股票，賺了三十億美金之後都捐出來做了慈善活動。
1971年，Intel做出第一個微處理器（microprocessor）內含2300個電晶體，到了Itanium已經有30億個（3.1 billion）。微處理器的功能越來越大，現在到了10^7MIPS ，也就是一秒鐘操作10^13次（1MIP表示一秒鐘操作一百萬次），還可以把許多微處理器合在一起做平行處理，現在最多已經到了128個微處理器同時做，相當強大。
各位可以看到電子的進步，從1959年開始，最小線寬從25個微米降到16奈米降低了一千五百多倍，電壓從五個volt降到一個volt甚至更低，DRAM從1K到8G ，微處理器從0.1到10^7MIPS。1959年，全世界只做出一千萬個電晶體晶片，現在一年4*10^20個。價錢從10美金降到2*10^(-9)美金，降了很多倍，進步非常多。若汽車產業也有如此進步，一部勞斯萊斯現今只要八元台幣，每加侖汽油可開五百萬公里，人類有史以來沒有進步那麼快的產業。預估2030年全球最大的30個市場，與電子電機有關有22個（產值10^13美元）、汽車5個（產值2*10^12美元）、生技3個（產值10^12美元）。
五個故事與體會
前面講的是背景，現在施教授要開始講講我所經歷的幾個與數位電子有關的故事和我的體會。
第一個故事──半導體的介電常數
任何材料都有個介電常數（dielectric constant）。當把金屬放在半導體上面的時候，中間就有個介面，金屬半導體界面有個能量差，他和電場強度的平方根成正比，和介電常數的平方根成反比。但1963年前，介電常數經多位專家測定為定值1。當時施教授便不太同意，後來他做了一個實驗證明了不是1而是12，過了五十年仍沒有被推翻，證明施教授是對的。
第一個體會：
不要盲從專家的結論。（盡信書不如無書－孟子）
第二個故事──半導體元件物理學
施教授提到，他之所以寫書是因為1967年的時候，他已經在貝爾實驗室工作了四年，那時候有個很重要的計畫，施教授跟老闆說他要負責，他認為他可以解決這個問題，但老闆拒絕了並說因為他做的時間不夠久、英文也不行，所以不讓施教授負責，給了一個資歷更淺的美國人，施教授覺得很生氣，所以想想辦法表現一下自己，當時想到一件很難做的事情，就是寫一本書，因為當時到圖書館想要找一本好的半導體元件的書找不到，那時候雖然書很多，但是都是談雙極性電晶體（bipolar transistor），沒有包括金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）。施教授於是花了3000小時寫這本書，這本書賣得很好。當初蒐集的資料從1969的兩千篇文章到1981增加到四萬篇，施教授寫第二版時從當中選出了六千篇，施教授表示這就是在貝爾實驗室工作的好處，貝爾實驗室的圖書館很好，可以把全世界的資料找出來。
寫了這本書之後施教授就養成了寫書的習慣，後來回到台灣教書，在交大又寫了一本書，這本書是給大學部用的。全世界有兩個大書店（Barnes & Noble、Amazon），前者每個禮拜都有銷售排名，2002年標題有semiconductor device的書有將近300本。排名很有趣，某個星期的第一名和第五名都是施教授的書。半導體元件物理學1969年出第一版，1981年第二版，2007年第三版，為近代工程及應用科學文獻中引用最多者，自1969年起被引用超過24000次。
第二個體會：
不要因為一些挫折而心灰意懶，殊不知這些挫折常會帶來意想不到的機遇 。（塞翁失馬焉知非福－淮南子）
第三個故事──環宇電子公司
環宇電子公司是第一家國人投資的半導體公司，是施教授在交大教書一年之後和朋友共同設立的，因為他在交大教書的時候，發現交大畢業的同學全都到外國公司工作去了，因為我們沒有像樣的電子公司。施教授於是找了交大畢業的校友和兩位同學負責，在竹北動土辦了這個電子公司，在竹北大概有七千平方公尺。當初環宇請了個年輕的工程師叫施振榮，交大畢業之後因為英文很差，不敢到建元（荷蘭外商），所以跑到環宇來，本來沒有出國深造感到遺憾，後來覺得施教授可以辦公司自己也可以辦，所以也自己辦了公司。環宇公司的成就在於研製我國第一台電子計算器，設立我國第一個半導體元件封裝及測試之代工產業，規劃我國第一個電晶體生產線，培植了不少我國高科技企管人才。
七年之後總經理跟董事長不合，後來把這公司賣了，施教授很失望，環宇跟Intel幾乎同時成立，但intel現在全世界最大，環宇早就關門大吉，蠻可惜的。但環宇訓練的企管人才，對半導體和電子工業有卓著的貢獻。
第三個體會：
在某一方面是失敗了，但另一面可能有更大的收穫。（失之東隅 收之桑榆－後漢書）
第四個故事──我國微電子工業之開始
整個電子工業佔台灣全國工業產值百分之四十，外銷也佔百分之四十，基礎是微電子工業，對台灣影響最大的工業可能就是微電子工業。工研院1973年成立，成立第二年9/1成立了電子所，施教授剛好在台大教書，當時的經濟部孫運璿部長請他做經濟部顧問，同時工研院院長請他做電子所顧問。兩年以後，1976年，經濟部考慮做積體電路（integrate circuit）。當初這個小組主要是給經濟部長孫先生提供建議的，但當時幾乎所有人都反對做這個事情，因為需要投資四百萬美金，立法院、國大代表、財政部都反對投資這個高風險的東西。施教授說台灣沒有任何資源，唯一的資源就是腦的資源，一定要發展高科技，孫先生同意了。當初經濟部積體電路計劃委員對孫運璿部長之建議為積極發展IC工業、鉅額投資技術轉移之費用、引進互補式金屬氧化物半導體（CMOS），盡快決定合作對象選派人員赴美受訓（時間很重要）。
1999年9/2，工研院電子所成立二十五周年有個聚會，孫院長特別謝謝施教授跟另一位顧問Dr. Bob Evans。當初孫院長決定之後，就算大家反對還是投資了，而且派了一堆人出去，施教授認為孫先生的決定救了幾十年的台灣的經濟。
第四個體會：
要有先見及信心，如果認為是正確的事，不要因為大多數人反對而改變。（擇善固執－禮記中庸）
第五個故事──浮閘記憶體開啟了數位電子時代
電晶體可以做揮發性記憶體，但無法長期儲存資訊，如欲長期保存當初用硬碟（Hard Disk Drive，HDD）或王安博士1950年發明的磁芯記憶體（Magnetic Core Memory）。磁芯記憶體體積大、密度小、存取資訊慢、費電（比現在的非揮發性記憶體多費電一百萬倍）、製造成本高、與CMOS製程完全不同。
當時施教授發現「浮閘記憶體效應」，是因為不相信沒辦法取代磁芯記憶體而不斷嘗試，有一天，施教授與同事吃飯叫了一個起司蛋糕，突然想到可以把MOSFET之閘極弄成好幾層，浮閘記憶體因而誕生。十七年之後有個日本人加了一個erase gate把它變得更好，「快閃記憶體」因而誕生，現在已經做到128G NAND Flash Memory。浮閘記憶體的優點為可長期儲存（10～100年）、省電（比DRAM省電100倍比硬碟省電10倍）、密度高（每一位元已降到0.0013微米）、與CMOS製程相似。
1987年，1GB NAND Flash要價100萬美金，現在只要五毛美金，跟硬碟的價錢拉近，可望漸漸取代硬碟。三種儲存元件在電子產品之滲透率為硬碟20％（一百個電子產品有20個有硬碟，主要用在電腦）、 雷射30％、浮閘記憶體100％。浮閘記憶體於電子工業的應用有手機（去年出產18億支）、數位相機、筆記型電腦、數位電視，於其他工業的應用包含自動化機械、晶片卡、健康管理、機器人、空調、微波爐、洗衣機、冰箱、汽車。在未來還會更廣泛應用於雲端運算（Cloud Computing）、固態硬碟（Solid State Disk，SSD）、物聯網（Internet of Things，IOT）、Storage-Class Memories、可穿戴式電子產品（Wearable Applications）、mobile health。浮閘記憶體為近二十年來電子工業的驅動力，開啟了數位時代，促使電子工業成為全球最大的工業，創造改善了300億件電子產品，十年後預估會有800億。
施教授八月在美國拿了個獎──LIFETIME ACHIEVEMENT AWARD from the Flash Memory Summit 2014。這個會是現在全世界最大的Nonvolatile memory會議，有五千個人參加。此會議表示「由於浮閘記憶體製造出的非揮發性記憶體，帶動了全世界的advance technology」。
第五個體會：
要實現你的目標，最重要的是要有好奇心，要不斷去做新的嘗試，而且要自強不息（茍日新日日新又日新－禮記大學）
智慧型手機的使用
不同於半導體技術與發展的議題，施教授特別關心同學們眼睛的健康，施教授提到，智慧型手機對眼睛的傷害是很可怕的。手機通常拿很近，LED白光包括紫外線會產生白內障，手機螢幕也小，scan process又近又快，造成網膜疲勞剝離，字很小看久了也會眼睛疲勞，眼球失去彈性，造成老花眼，長期低頭導致肩胛骨頸部受傷，致使現代人很年輕就中風、大近視。另外，一直靠手機也會導致記憶力退步。
施教授建議我們用的時間跟次數不要太多太長，台灣智慧型手機使用時間是全世界第一名，平均每人每天三小時十七分鐘，第二名是印度，比我們少幾分鐘。施教授認為使用智慧型手機一天最多45分鐘就夠，要查大批資料建議還是用PC，因為PC距離超過60公分不易產生白內障，且螢幕比較大scan速度比較慢、字比較大。人的眼睛老祖宗是用來打獵的，是用來看遠不是看近的，施教授也提到他的一位友人因為連續三個月長時間使用智慧型手機，就造成視網膜剝離。
施教授不斷強調，要保護「靈魂之窗」千萬不要沉迷在手機裡面，要好好保護眼睛，尤其是視網膜壞了之後是不可逆的，不要為智慧型手機瘋狂，任何東西發明都是中性的，像是火藥可以做很多有用的事但也可以殺人，要有智慧的使用智慧型手機。
半導體發展的未來
現場同學提問道，關於最小線寬，台積電聯電到了7奈米之後就很難在往下了，我們還會繼續被摩爾定律制約多久？在台灣大量人才都投向電子產業的情形下，施教授對於台灣的產業發展有何想法？
施教授答道，科技的斷層是無法預測的，像是1947年沒人想到真空管能被取代，但1947年就被電晶體取代掉了，這就是technology discontinuity。又像是柯達也不相信數位相機可以取代底片就關門了，中國大陸西安有個工廠有數萬人專做映像管電視結果現在全部失業，因為現在已經是數位電視的時代。不過我可以預測一件事情，MOSFET最小的情況大概是7奈米，但是不需要擔心，1990年代美國有480家汽車工廠，現在只有三家，1940年汽車工業發展已經達到穩定幾乎所有要做的東西都做掉了，但汽車工業還一直是很大的產業。雖然某些科技已經到盡頭了，但是它的應用還是繼續。舉幾個簡單例子，交通大學有人在做人工視網膜，也有人在做人工關節，這就是新科技的應用，雖然技術已經到盡頭了但是應用還是無窮，未來絕對會有現在想不到的應用出現，帶給人類更多的福祉。
關於人才投入電子產業方面，施教授認為電子、電機、應用物理、材料前途都是非常好的，目前可說是天時、地利、人和，都對這些產業有利。人類歷史發展的時候有些東西是很集中的，如唐詩從公元700到850年，古典音樂公元1700到1850年，理論物理1860~2000也差不多一百五十年。來看看我們的電子、資訊，從1950年開始，至少會到2100年的，這就是天時。地利則是因為19世紀所有經濟政治文化中心幾乎都在歐洲，20世紀美國，21世紀到了我們這邊。人和方面，CMOS、非揮發性記憶體、resonant tunneling diode、molecular beam epitaxy……全是華人發明的，但是他們都是在美國發明的，因為美國提供了很好的研究環境。相信國內研究環境開始改善，應該會大有成就，因為天時地利都在我們這邊。
給同學的建議
現場同學詢問施教授進入貝爾實驗室的過程，以及對在地台灣學生來說，需要做怎樣的準備才有機會進入全世界最頂尖的實驗室或是公司。
施教授分享，他畢業的時候是1963年，那時美國的電子工業很紅，當時他有八個不同的offers，貝爾實驗室的薪水最低但他很有興趣，於是施教授請教他的老師John Moll，老師認為還是去貝爾實驗室比較好，那邊的研究最強，老師認為施教授做研究是不錯的，薪水方面重視的不是起薪而是成長率，如果施教授沒去貝爾實驗室可能不會寫書也不會發明非揮發性記憶體。那段時間施教授問老闆自己可以做甚麼，老闆說只要是跟silicon有關的東西都可以做，當初施教授跟很多同事一起合作，做了27年，還蠻愉快的，後來因為父母年紀大了才回來台灣照顧，回來交大已待了24年。
對於台灣在地的畢業生施教授有幾個建議，第一個，英文要加強，英文現在已經不是美國或英國的語言，現在已經是全世界的技術性的語言。第二個，要讓基本的科學有相當好的程度，包括數學、物理，舉個例子，施教授當初在貝爾實驗室做小主管的時候，進來一個人，他的論文題目跟半導體沒甚麼關係，但施教授看他數學物理很強就請他加入，後來他做得很好很成功。最後，當然自己也要努力，這很重要。順便提一下有人說一個人要有成就有4個要素，父母、大環境、際遇、努力。努力是唯一能自己控制的，畢業之後好好工作，尤其最初三年，三年後全公司對你的印象都固定了，希望各位同學不管是讀書做事都能好好做。
施教授的演講至此告一段落，主持人感謝並邀請施教授之後再到台科大進行關於半導體研究物理的演講，施教授毫不猶豫表示沒問題，之後還有很多題目可以講給同學聽，並分享自己在網路上有個十二小時給大學部的課程（semiconductor device physics），同學可以從網路上直接下載來學。主持人再次感謝施教授帶給我們如此精彩的演講，本次演講至此圓滿結束。（施教授不忘在最後又拿起麥克風請同學多多注意自己的眼睛）
陳珮珮，現為電機所碩士班研究生。
