從材料到光子技術：2026年國科會獲獎研究映照半導體創新的九個方向

近年來，全球半導體產業正進入一個新的轉折點。

過去數十年，半導體技術的進步主要依賴電晶體微縮與製程演進。每當晶片上的電晶體變得更小、更多，運算能力便持續提升。然而，當製程逐步邁向2奈米甚至埃米（Å）世代，產業開始面臨新的挑戰：功耗提高、散熱壓力增加、資料傳輸逐漸成為限制系統效能的重要因素。晶片性能的提升，已不再只是製程技術的競賽，而需要材料、元件、電路、封裝、光通訊與系統整合等多項技術同步發展。

因此，今日所謂的半導體創新，早已不是單一領域的故事，而是一場跨學科的接力賽。

從2026年國科會學術研究獎項的獲獎成果中，可以觀察到不少研究方向，恰與全球半導體技術的演進趨勢相互呼應。本文選擇九位研究方向與半導體科技發展較具關聯性的獲獎學者作為案例，並非代表獎項評選具有特定產業導向，而是希望藉由他們長期累積的研究成果，帶領讀者理解半導體科技正朝哪些方向持續演進。

故事，首先從材料開始。

半導體技術的每一次重要突破，往往伴隨材料創新。從矽取代鍺、高介電常數材料導入先進製程，到近年受到廣泛關注的氮化鎵、碳化矽與氧化鎵，新材料不斷拓展元件性能的可能性。

清華大學楊東翰教授長期投入高熵奈米晶體研究，建立可預測設計的高熵材料平台，並發展多元素奈米晶體的合成方法與材料設計規則。目前，其研究成果主要應用於能源與催化領域，也已延伸至半導體金屬化相關製程的產學合作。另一方面，高熵材料因兼具可調控的物理、化學與機械特性，近年逐漸受到電子材料與半導體研究領域關注，國科會亦將功能性高熵半導體材料及高性能高熵材料於高頻通訊與光電元件的應用列為重點推動方向。

同樣聚焦材料創新的成功大學許進恭教授，則長期深耕氮化鎵（GaN）等寬能隙半導體材料研究，不僅成功開發臺灣首顆商業量產化藍光LED，推動國內LED晶片產業鏈發展，近年更持續拓展至氧化鎵（Ga₂O₃）等新世代材料。從高效率光電元件到深紫外光偵測器，這些成果展現材料創新如何持續拓展光電元件的應用可能，也反映寬能隙半導體已逐漸成為國際半導體研究的重要方向。

材料之外，元件技術同樣持續演進。

相較於傳統矽元件，III-V族化合物半導體具有高電子遷移率、高崩潰電壓及優異的高頻特性，因此廣泛應用於高速通訊與高功率電子領域。張翼教授長期投入III-V族高速高頻電子元件、GaN功率元件及化合物半導體磊晶技術研究，其成果與近年6G通訊、低軌衛星及毫米波通訊等技術發展密切相關，也反映化合物半導體正逐漸從特定應用走向更廣泛的產業布局。

然而，再好的元件，也需要精密的晶片設計才能發揮效能。

生成式人工智慧快速發展，使晶片設計面臨新的挑戰。除了提升運算速度，更重要的是如何在有限能源下完成更大量的AI運算。清華大學鄭桂忠教授長期投入人工智慧晶片、仿神經晶片與類比及混合訊號積體電路研究，發展低功耗、低延遲AI晶片架構，並結合軟硬體協同設計，以提升系統運算效率。其研究方向與近年AI晶片朝向高效率、低功耗設計的發展趨勢相互呼應。

另一方面，當AI模型規模持續擴大，資料傳輸逐漸成為影響整體系統效能的重要因素。臺灣大學劉深淵教授長期投入高速有線通訊、射頻積體電路及類比／混合訊號積體電路研究，近年更發展高速資料傳輸發射器，以降低資料中心高速互連的功耗與晶片面積。高速介面、高速收發器與相關積體電路技術的重要性，也隨著AI資料中心與高速運算需求提升而日益受到重視。

如果電子訊號逐漸接近傳輸極限，那麼光，便提供了另一種可能。

臺北科技大學呂海涵教授長期投入自由空間光通訊、雷射光通訊、光纖通訊及6G非地面網路等技術研究，致力於建構高速、大容量的光無線傳輸系統，並持續推動低軌衛星雷射通訊及空地整合光通訊技術。近年來，隨著AI資料中心與高速運算需求持續增加，光通訊因具備高頻寬與低電磁干擾等特性而備受重視，而矽光子等光電整合技術也正快速發展，成為高速資料互連的重要技術方向。

即使晶片完成設計與製造，仍需要先進封裝將不同功能整合成完整系統。

近年AI晶片逐漸採用小晶片（Chiplet）架構、異質整合與三維積體電路（3D IC），使先進封裝的重要性快速提升。清華大學李昌駿教授長期投入先進微系統封裝、三維晶片系統設計、封裝可靠度及熱／機械分析研究，並與國內半導體產業合作推動相關技術發展。其研究方向與全球先進封裝及異質整合技術的演進相互呼應。

晶片整合之後，熱管理則成為另一項重要課題。

隨著AI晶片運算密度持續提高，高熱流密度已成為高效能運算的重要工程挑戰。臺灣科技大學曾修暘教授長期投入熱傳、高速冷卻、沸騰熱傳及兩相流研究，結合微奈米製程與表面工程，改善高熱流密度環境下的散熱效率，並發展高速冷卻技術。另一方面，AI資料中心近年逐漸導入液冷與浸沒式冷卻等新型熱管理方案，也使散熱工程在高效能運算系統中的重要性持續提升。

除了追求更高速度與更強運算能力，半導體技術也正逐步走向更貼近人體與生活環境的應用。

清華大學周鶴修教授長期投入共軛高分子、有機半導體與仿生電子材料研究，發展電子皮膚、可伸縮電子、自修復材料及感測元件等前瞻技術。隨著軟性電子與生醫感測技術持續發展，相關研究可望拓展至穿戴式裝置、智慧醫療及仿生電子等新興應用，展現半導體材料與電子元件跨足更多生活場域的可能性。

回顧這九位學者的研究，可以發現他們分別來自材料、元件、電路、光通訊、封裝、熱管理及電子材料等不同領域，看似各自發展，實則共同構成一條完整的半導體創新鏈。這也反映出今日半導體技術的發展特色：重要突破往往不是來自單一技術，而是不同學科彼此交會、相互支撐的成果。

國科會研究獎項表彰的是研究者長期投入所累積的學術成就與創新貢獻，而非特定產業領域。從今年部分獲獎成果與半導體技術發展的相互呼應中，我們看見的不只是九位學者的研究故事，更是一幅全球半導體科技持續演進的縮影。當人工智慧、高效能運算、智慧製造與淨零轉型持續推動科技變革，跨領域研究所累積的知識，也將持續為半導體技術的創新提供更多可能。