施敏 永遠的半導體大師

施敏院士在半導體研究有卓越表現。（陽明交大提供／林志成臺北傳真）

研之有物：格物窮理！中研院的25堂數理科學課（時報出版）

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說到半導體，我們第一時間會想到臺積電、輝達（Nvidia）、超微（AMD）、英特爾（Intel）等世界級半導體公司。然而，半導體之所以能發展成今日的模樣，背後自然也有一羣默默耕耘的半導體科學家，他們充滿創意、不畏艱難，爲半導體產業奠定了堅實的科學基礎。本章爲施敏院士（1936-2023）於2023年7月在美國的遠距訪談文，他曾與韓裔美籍科學家姜大元（Dawon Kahng,1931-1992）發明了人類史上第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」（Floating-Gate Non-Volatile Semiconductor Memory），這顆小小不起眼的電子元件，後來影響了整個世界。

施敏出生於1936年，青年時期的他就讀建國中學時，就對工程科學產生濃厚興趣。高中畢業後，他原本想要追隨礦冶專家父親施家福的步伐，就讀臺南工學院（今國立成功大學）礦冶系。施敏笑說，當時父親勸他在臺灣不要走礦冶，因爲「臺灣是水成岩，不是火成岩，地底下礦物不多。父親說我學礦冶的話就白學了」。

後來，施敏把眼光轉向臺灣大學工學院，四大科系有機械系、土木系、化工系和電機系。施敏說，當時他覺得電機系用的數學比較多，加上數學也是自己擅長的領域，於是就進入臺大電機工程學系就讀。

1957年，施敏順利從臺灣大學電機系畢業。他說：「四年讀完之後，那時候有個風氣，就是我們班的同學幾乎90％都出國留學，一大票人都去了美國。」在留學風氣之下，施敏選擇到美國華盛頓大學深造。離開熟悉的家鄉，年輕的施敏踏上了求知之路。

華盛頓大學期間，施敏遇到了人生第一位半導體導師：魏凌雲教授。施敏說：「當時要申請獎學金時，我分別和天線組、控制組、微波組以及半導體組的教授談過，最後選擇做半導體。」可能是使用共同語言的熟悉感，他和半導體組的魏凌雲教授相談甚歡。施敏說：「魏教授教了我很多固態電子的技術。他的老師約翰．巴丁（John Bardeen）是電晶體發明人之一，而且拿過兩次諾貝爾獎，一次是電晶體，另一次是超導理論。」

就這樣，施敏開始在魏教授底下從事半導體研究，1960年取得華盛頓大學碩士學位，論文爲《鋅和錫在銻化銦中的擴散》（Diffusion of Zinc and Tin in Indium Antimonide）。

施敏笑着說：我運氣不錯，如果魏教授不做半導體的話，我這輩子很可能會去做微波，一個小決定造成世界很大的改變。

碩士畢業之後，施敏申請到史丹佛大學的電機博士班，繼續深造半導體專業。在那裡他遇到人生第二位啓發他的半導體導師，同時也是重要的人生導師：約翰．莫爾教授，他是半導體物理學的大師。施敏說：「約翰．莫爾是第一個建議用矽取代鍺來製造電晶體的人，莫爾認爲矽比鍺更適合發展爲主要半導體技術。」

漸漸地，在莫爾的指導下，施敏開始確立自己在半導體領域的學術方向，1963年他順利完成博士學位，論文爲《金薄膜內的熱電子範圍函數與能量關係》（Range-energy relation of hot electrons in gold）。

畢業後，當時半導體產業正在擴張，施敏順利拿到多達七家半導體公司的工作職位，除了有貝爾實驗室（Bell Labs），還有通用電子（General Electric）、惠普（HP）、國際商業機器（IBM）、美國無線電公司（RCA）和西屋電氣（Westinghouse Electric）等。如此多的工作可能性一次迎面而來，讓施敏不知道該如何選擇。

於是，施敏再次請教他的人生導師莫爾教授。過去曾在貝爾實驗室任職的莫爾，對施敏的個性再瞭解不過，他極力推薦施敏去貝爾實驗室。甫出社會的施敏迴應：「可是，貝爾實驗室給的薪水比其他公司低了大概15％至20％。」莫爾自信地說：「沒關係，起薪不重要。貝爾實驗室是全世界最好的研究中心，大概有三萬名研究人員，其中有四千個博士和一萬個碩士，每年經費多達30億美元。只要好好做，加薪加得很快。」

導師的建議果然別具遠見，施敏自1963年至1989年間，一直在美國貝爾實驗室從事研究工作。他得以盡情發揮所長，接觸到各式各樣先進的半導體技術和設備。而其中最關鍵的時間點，莫過於1967年5月，他和同事姜大元共同發明了全世界第一個「浮閘非揮發性半導體記憶體」。（三之一：摘自《研之有物》）