經濟部智慧財產局「國家發明創作獎」得獎名單正式出爐

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研究團隊成員：
1. 劉文超教授 (國立成功大學電機系暨微電子所特聘教授)         
2. 陳慧英教授 (國立成功大學化工系教授兼工廠主任)   
3. 林坤緯教授 (朝陽科技大學資訊工程系副教授兼系主任)  
4. 鄭錦泉經理 (聯華電子經理)
5. 蔡衍穎研究助理 (國立中山大學研究助理)

; G8 g7 F/ Q) m8 c研究（發明）動機
氫氣在很多場合中常出現，諸如：(1) 化學工業（反應物、產物或製程廢氣）(2) 半導體製程（磊晶以及半導體層鈍化）；(3) 醫療（醫療器材製作）；(4) 汽車、航空燃料電池（進料氣體）等。未來氫能更是取代石油之重要綠色能源之一，然而高濃度之氫氣有爆炸之危險性(≧4.65 vol.%)。因此，在氫氣輸配及儲存上的安全考量性非常重要，尤其是洩漏所造成之爆炸危險，更需思患預防，使用氫氣感測器可提供使用者監控及預警防災。而傳統及市售場效電晶體大抵採用矽（Si）基材，但矽之能隙小（Eg= 1.12 eV），無法應用於寬廣之操作條件，例如：高溫、高輻射或酸鹼腐蝕等嚴苛環境下。另一方面，商業化之氣體感測器主要為觸媒燃燒式、電化學式、半導體氧化物式（電阻式）三種，所使用之元件皆屬被動式元件，不具備訊號轉換及放大之功能，因此，在電路應用上較為侷限。為增廣元件之可使用性，本發明採用三-五族系列化合物半導體來作基材; 以高速電子移動率場效電晶體作為感測結構。由於三-五族化合物半導體具備能隙大、熱穩定性高、耐輻射性佳、耐化學性高等優點，可應用於寬廣之操作環境下，尤其在嚴苛環境中益能顯露其材料之獨特優越性。又高速電子移動率場效電晶體使感測器本身具有放大訊號之功能，增加電路應用上之彈性，簡化感測電路之複雜度。

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感測器結構及材料選用
7 R3 u7 @) U4 X; X, @. o+ j: R感測器之基本結構為高速電子移動率場效電晶體(HEMT)，本實驗室於HEMT製作及結構設計有長年之經驗。採用之材料為三-五族化合物半導體，其具有寬能隙、高電子移動率，因此可應用於HEMT之製作材料，且適合操作於嚴苛之環境下如：高溫、高輻射。本感測器與傳統HEMT最大不同之處在於：傳統HEMT使用金(Au)、鎳(Ni)、鈦(Ti)作為閘極金屬，本發明之氣體感測器則使用白金族鉑(Pt)、鈀(Pd)等對氫氣具備觸媒活性之金屬為閘極金屬，白金族金屬可將氫氣分子解離為氫原子，以達到感測目的。
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$ `+ d$ x* D! _9 n9 |! ]  f感測器製作方式：
/ ?' _# H+ c; _# t0 A) M; i1 C) N/ O1. 將設計完成之HEMT結構資料送交由廠商，委託廠商藉由MOCVD磊晶機台完成晶圓磊晶結構之成長。
  V- r$ \1 D8 m% O, G0 O2. 感測器製程是利用本校微電子所內之半導體製程技術完成，包括微影、蝕刻、蒸鍍及濺鍍等。
3.元件之封裝則是使用TO-8及打線技術完成。
2 K$ e! o+ a8 K' r9 C! }3 }9 H% A& X
4 u) O( c0 \- H3 P1 I, L感測器特性量測：
1.將完成之感測器置入不銹鋼密封腔體，以氣體濃度調配裝置調配不同比例之氫氣/空氣混合氣體。
. }8 _/ R6 x+ T0 I) g- o  V2.將混合後之氫氣通入腔體中，再由半導體特性量測儀(HP 4155B,Keithley 4200)量測感測器之感測響應與效能。

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本感測器優點（與傳統觸媒燃燒式、電化學式、金屬氧化物式等氫氣感測器比較）：

% v) n% v/ `/ s1 `2 X# E- d; C1. 體積小、重量輕，感測器封裝後的重量僅有0.6 g，攜帶方便。
# n2 d' g5 `3 m% b' f. y; b2. 節省能量，僅需要小於50 mW之功率即可運作，具有節能減碳之優勢。
3. 偵測到氣體洩漏所需時間短，10秒以內的時間即可偵測有無氫氣外洩。
8 Y( M- ?! i" }4. 可測到濃度極低（小於5 ppm）的氫氣外洩。
5. 本發明元件熱穩定性高，可操作溫度區間介於室溫～120oC。
6. 具備電晶體之功能，可進一步整合並應用於IC、微機電、民生與通訊領域上（傳統感測器為被動元件，不具備訊號放大之功能）。
7. 簡化感測電路系統之設計。

感測器應用範圍：
主要應用於公共安全之考量如：
: X0 G/ C" h$ {4 F8 _  ^1. 化學工廠之氫氣洩漏監控。
% p1 B+ C0 H9 L) A" M2. 半導體製程所需氫氣進料之監控。
3. 汽車、航太等工業燃料電池之洩漏監控。
4. 醫療器材製作時之氫氣外洩檢測。

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國家發明創作獎

貢獻獎

得獎機關團體
1	友達光電股份有限公司
2	英業達股份有限公司
3	啟碁科技股份有限公司
4	亞洲光學股份有限公司
5	工業技術研究院機械與系統研究所
6	三久股份有限公司

發明獎金牌

獎項	得獎專利名稱	發明人
金牌	半導體裝置的製作方法、內連線結構及其製作方法	陳科維、王喻生、曹榮志、張世杰、王英郎
	可擴充容量之行動碟、堆疊式行動儲存裝置及其控制電路	解鈞宇
	薄膜合金	董寰乾、李至隆、陳貞光
	多層次移植載體，使用該載體之多層次組織修復之方法，以及使用該方法所製備之多層次植入材	廖俊仁、江清泉、江鴻生、林玉如
	混合動力車輛及混合動力系統	魏增德、古煥隆、陳義仁、吳奕瑩、羅仕明、鄭樹發
	離心風扇以及使用該離心風扇之集塵盒模組	孫彥碩、鍾裕亮、陳景富、吳東權、劉俊賢
合計	6項

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創作獎金牌

6 a7 P- Y  H5 A" d. j$ L1 A. [% h# D& P

獎項	得獎專利名稱	創作人
金牌	市話通訊之組合裝置	林碧芬、魏崇山
	高壓氣體放電燈泡結構	陳隆、馮輝祥、葉雅娟
	靜音加壓送水機改良	黃順治
	可撓性控制裝置與織物產品	沈乾龍、蔡坤泉、李俊輝、黃慶堂
	掀蓋式垃圾桶改良	高義峰、高銘鴻
	可行進轉彎之木馬結構	簡誠明、簡光廷
合計	6項