開膛剖腹、掰出肋骨把肋骨變成翅膀甘有影？——維京「血鷹」儀式的真實性

本文由 ASM 委託，泛科學企劃執行。 

以人類現在的科技，我們能精準打造出每一面牆只有原子厚度的房子嗎？在半導體的世界，我們做到了！

如果將半導體製程比喻為蓋房子，「薄膜製程」就像是在晶片上堆砌層層疊疊的磚塊，透過「微影製程」映照出房間布局 — 也就是電路，再經過蝕刻步驟雕出一格格的房間 — 電晶體，最終形成我們熟悉的晶片。為了打造出效能更強大的晶片，我們必須在晶片這棟「房子」大小不變的情況下，塞進更多如同「房間」的電晶體。

因此，半導體產業內的各家大廠不斷拿出壓箱寶，一下發展環繞式閘極、3D封裝等新設計。一下引入極紫外曝光機，來刻出更微小的電路。但別忘記，要做出這些複雜的設計，你都要先有好的基底，也就是要先能在晶圓上沉積出一層層只有數層原子厚度的材料。

現在，這道薄膜製程成了電晶體微縮的一大關鍵。原子是物質組成的基本單位，直徑約0.1奈米，等於一根頭髮一百萬分之一的寬度。我們該怎麼精準地做出最薄只有原子厚度，而且還要長得非常均勻的薄膜，例如說3奈米就必須是3奈米，不能多也不能少？

這唯一的方法就是原子層沉積技術（ALD，Atomic Layer Deposition）。

小小的電晶體是怎麼做出來的？

蓋房子的第一步是什麼？沒錯，就是畫設計圖。只不過，在半導體的世界裡，我們不需要大興土木，就能將複雜的電路設計圖直接印到晶圓沉積的材料上，形成錯綜複雜的電路 — 這就是晶片製造的最重要的一環「微影製程」。

首先，工程師會在晶圓上製造二氧化矽或氮化矽絕緣層，進行第一次沉積，放上我們想要的材料。接著，為了在這層材料上雕出我們想要的電路圖案，會再塗上光阻劑，並且透過「曝光」，讓光阻劑只留下我們要的圖案。一次的循環完成後，就會換個材料，重複沉積、曝光、蝕刻的流程，這就像蓋房子一樣，由下而上，蓋出每個樓層，最後建成摩天大樓。

薄膜沉積是關鍵第一步，基底的品質決定晶片的穩定性。但你知道嗎？不只是堆砌磚塊有很多種方式，薄膜沉積也有多樣化的選擇！在「薄膜製程」中，材料學家開發了許多種選擇來處理這項任務。薄膜製程大致可分為物理和化學兩類，物理的薄膜製程包括蒸鍍、濺鍍、離子鍍、物理氣相沉積、脈衝雷射沉積、分子束磊晶等方式。化學的薄膜製程包括化學氣相沉積、化學液相沉積等方式。不同材料和溫度條件會選擇不同的方法。

化學氣相沉積是現今最常見的沉積技術

二氧化矽、碳化矽、氮化矽這些半導體材料，特別適合使用化學氣相沉積法（CVD, Chemical Vapor Deposition）。CVD 的過程也不難，氫氣、氬氣這些用來攜帶原料的「載氣」，會帶著要參與反應的氣體或原料蒸氣進入反應室。當兩種以上的原料在此混和，便會在已被加熱的目標基材上產生化學反應，逐漸在晶圓表面上長出我們的目標材料。

如果我們想增強半導體晶片的工作效能呢？那麼你會需要 CVD 衍生的磊晶（Epitaxy）技術！磊晶的過程就像是在為房子打「地基」，只不過這個地基的每一個「磚塊」只有原子或分子大小。透過磊晶，我們能在矽晶圓上長出一層完美的矽晶體基底層，並確保這兩層矽的晶格大小一致且工整對齊，這樣我們建造出來的摩天大樓就有最穩固、扎實的基礎。磊晶技術的精度也是各公司技術的重點。

雖然 CVD 是我們最常見的薄膜沉積技術，但隨著摩爾定律的推進，發展 3D、複雜結構的電晶體構造，薄膜也開始需要順著結構彎曲，並且追求精度更高、更一致的品質。這時 CVD 就顯得力有未逮。

原子層沉積是什麼？

並不是說 CVD 不能用，實際上，不管是 CVD 還是其他薄膜製程技術，在半導體製程中仍占有重要地位。但重點是，隨著更小的半導體節點競爭愈發激烈，電晶體的設計也開始如下圖演變。

看出來差別了嗎？沒錯，就是構造越變越複雜！這根本是對薄膜沉積技術的一大考驗。

舉例來說，如果要用 CVD 技術在如此複雜的結構上沉積材料，就會出現像是清洗杯子底部時，有些地方沾不太到洗碗精的狀況。如果一口氣加大洗碗精的用量，雖然對杯子來說沒事，但對半導體來說，那些最靠近表層的地方，就會長出明顯比其他地方厚的材料。

該怎麼解決這個問題呢？

材料學家的思路是，要找到一種方法，讓這層薄膜長到特定厚度時就停止繼續生長，這樣就能確保各處的薄膜厚度均勻。這種方法稱為 ALD，原子層沉積，顧名思義，以原子層為單位進行沉積。其實，ALD 就是 CVD 的改良版，最大的差異在所選用的化學氣體前驅物有著顯著的「自我侷限現象」，讓我們可以精準控制每次都只鋪上一層原子的厚度，並且將一步驟的反應拆為兩步驟。

在 ALD 的第一階段，我們先注入含有 A 成分的前驅物與基板表面反應。在這一步，要確保前驅物只會與基板產生反應，而不會不斷疊加，這樣，形成的薄膜，就絕對只有一層原子的厚度。反應會隨著表面空間的飽和而逐漸停止，這就稱為自我侷限現象。此時，我們可以通入惰性氣體將多餘的前驅物和副產物去除。在第二階段，我們再注入含有 B 成分的化學氣體，與早已附著在基材上的 A 成分反應，合成為我們的目標材料。

透過交替特殊氣體分子注入與多餘氣體分子去除的化學循環反應，將材料一層一層均勻包覆在關鍵零組件表面，每次沉積一個原子層的薄膜，我們就能實現極為精準的表面控制。

ASM 與 ALD、半導體產業攜手前進

你知道 ALD 領域的龍頭廠商是誰嗎？這個隱形冠軍就是 ASM！ASM 是一家擁有 50 年歷史的全球領先半導體設備製造廠商，自 1968 年，Arthur del Prado 於荷蘭創立 ASM 以來，ASM 一直都致力於推進半導體製程先進技術。2007 年，ASM 的產品 Pulsar ALD 更是成為首個運用在量產高介電常數金屬閘極邏輯裝置的沉積設備。至今 ASM 不僅在 ALD 市場佔有超過 55% 的市佔率，也在 PECVD、磊晶等領域有著舉足輕重的重要性。

ASM 一直持續在快速成長，現在在北美、歐洲、及亞洲等地都設有技術研發與製造中心，營運據點廣布於全球 15 個地區。ASM 也很看重有「矽島」之稱的台灣市場，目前已在台灣深耕 18 年，於新竹、台中、林口、台南皆設有辦公室，並且在 2023 年於南科設立培訓中心，高雄辦公室也將於今年年底開幕！

當然，ALD 也不是薄膜製程的終點。

ASM 作為半導體設備領導廠商，為了維持領先優勢，當然也得持續開發新技術。例如 PEALD，ALD 前面的 PE，是 Plasma Enhanced，所以這種改良技術就稱為電漿輔助式原子層沉積。做法是針對 ALD 的第一步，先以電漿方式，將氫、氧、氮等氣體電離成離子。這些氣體離子，例如氧自由基，會先將前驅物提前氧化，同時也氧化基材的表面原子，使其產生缺少電子配對、不穩定的「懸空鍵」。如此被活化的基材與前驅物，就更容易互相產生反應，解決過去 ALD 常遇到前驅物反應率不足的問題。讓反應溫度更低的同時還能加快反應速度，因此能滿足更多的製程需求。未來不論是 GAA 環繞式閘極電晶體還是其他製程，都會持續看到 ALD 技術的身影。

最後，ASM 即將出席由國際半導體產業協會主辦的 SEMICON Taiwan 策略材料高峰論壇和人才培育論壇，就在 9 月 5 號的南港展覽館。如果你想掌握半導體產業的最新趨勢，絕對不能錯過！

本文由 美國穀物協會 委託，泛科學企劃執行。

你加過「酒精汽油」嗎？

2007 年，從台北的八座加油站開始，民眾可以在特定加油站選加「E3 酒精汽油」。

所謂的 E3，指的是汽油中有百分之 3 改為酒精。如果你在其他國家的加油站看到 E10、E27、E100 等等的標示，則代表不同濃度，最高到百分之百的酒精。例如美國、英國、印度、菲律賓等國家已經開放到 E10，巴西則有 E27 和百分之百酒精的 E100 選項可以選擇。

為什麼要加酒精呢？

單論玉米乙醇來說，碳排放趨近於零。為什麼呢？因為從玉米吸收二氧化碳與水進行光合作、生長、成熟，接著被採收，發酵成為玉米乙醇，最後燃燒成二氧化碳與水蒸氣回到大氣中。這一整趟碳循環與水循環，淨排放都是 0，是個零碳的好燃料來源。

當然，我們無法忽略的是燃料運輸、儲藏、以及製造生產設備時產生的碳足跡。即使如此，美國農業部經過評估分析，2017 發表的報告指出，玉米乙醇生命週期的碳排放量比汽油少了 43%。

「玉米乙醇」納入 SAF（永續航空燃料）前瞻性指引的選項之一

航空業占了全球碳排的 2.5%，而根據國際民用航空組織（ICAO）的預測，這個數字還會成長，2050 年全球航空碳排放量將會來到 2015 年的兩倍。這也使得以生質原料為首的「永續航空燃料」SAF，開始成為航空業減碳的關鍵，及投資者關注的新興科技。

只要燃料的生產符合永續，都可被歸類為 SAF。目前美國材料和試驗協會規範的 SAF 包含以合成方式製造的合成石蠟煤油 FT-SPK、透過發酵與合成製造的異鏈烷烴 SIP。以及近年討論度很高，以食用油為原料進行氫化的 HEFA，以及酒精航空燃料 ATJ（alcohol-to-jet）。

每種燃料的原料都不相同，因此需要的技術突破也不同。例如 HEFA 是將食用油重新再造成可用的航空燃料，因此製造商會從百萬間餐廳蒐集廢棄食用油，再進行「氫化」。

就引擎來說，我們當然也希望用到穩定的油。因此需要氫化來將植物油轉化為如同動物油般的飽和脂肪酸。氫化會打斷雙鍵，以氫原子佔據這些鍵結，讓氫在脂肪酸上「飽和」。此時因為穩定性提高，不易氧化，適合保存並減少對引擎的負擔。

至於酒精加工為酒精航空燃料 ATJ 的流程。乙醇會先進行脫水為乙烯，接著聚合成約 6~16 碳原子長度的長鏈烯烴。最後一樣進行氫化打斷雙鍵，成為長鏈烷烴，性質幾乎與傳統航空燃料一模一樣。

ATJ 和 HEFA 雖然都會經過氫化，但 ATJ 的反應中所需要的氫氣大約只有一半。另外，HEFA 取用的油品來源來自餐廳，雖然是幫助廢油循環使用的好方法，但供應多少比較不穩定。相對的，因為 ATJ 來源是玉米等穀物，通常農地會種植專門的玉米品種進行生質乙醇的生產，因此來源相對穩定。

但不論是哪一種 SAF，都有積極發展的價值。而航空業也不斷有新消息，例如阿聯酋航空在 2023 年也成功讓波音 777 以 100％ 的 SAF 燃料完成飛行，締下創舉。

汽車業也需要作出重要改變

根據長年推動低碳交通的國際組織 SLoCaT 分析，在所有交通工具的碳排放中，航空業佔了其中的 12%，而公路交通則占了 77%。沒錯，航空業雖然佔了全球碳排的 2.5%，但真正最大宗的碳排來源，還是我們的汽車載具。

但是這個新燃料會不會傷害我們的引擎呢？有人擔心，酒精可能會吸收空氣中的水氣，對機械設備造成影響？

其實也不用那麼擔心，畢竟酒精汽油已經不只是使用一、二十年的東西了。美國聯邦政府早在 1978 就透過免除 E10 的汽油燃料稅，來推廣添加百分之 10 酒精的低碳汽油。也就是說，酒精汽油的上路試驗已經快要 50 年。

有那麼多的研究數據在路上跑，當然不能錯過這個機會。美國國家可再生能源實驗室也持續進行調查，結果發現，由於 E10 汽油摻雜的比例非常低，和傳統汽油的化學性質差異非常小，這 50 年來的車輛，只要符合國際標準製造，都與 E10 汽油完全相容。

解惑：這些生質酒精的來源原料是否符合永續的精神嗎？

在環保議題裡，這種原本以為是一片好心，最後卻是環境災難的案例還不少。玉米乙醇也一樣有相關規範，例如歐盟在再生能源指令 RED II 明確說明，生質乙醇等生物燃料確實有持續性，但必須符合「永續」的標準，並且因為使用的原料是穀物，因此需要確保不會影響糧食供應。

好消息是，隨著目標變明確，專門生產生質酒精的玉米需求增加，這也帶動品種的改良。在美國，玉米產量連年提高，種植總面積卻緩步下降，避開了與糧爭地的問題。

另外，單位面積產量增加，也進一步降低收穫與運輸的複雜度，總碳排量也觀察到下降的趨勢，讓低碳汽油真正名實相符。

隨著航空業對永續航空燃料的需求抬頭，低碳汽油等生質燃料或許值得我們再次審視。看看除了鋰電池車、氫能車以外，生質燃料車，是否也是個值得加碼投資的方向？

參考資料

• Corn to Power Airplanes? Biden Administration Sets a High Bar. – The New York Times
• 台灣中油全球資訊網-加油站查詢
• https://grains.org.tw/最新科學研究：玉米燃料乙醇大幅減少溫室氣體排/
• USDA Releases New Report on Lifecycle Greenhouse Gas Balance of Ethanol
• https://scijournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bbb.2225
• 本田・GE100% 可持續燃料航空引擎測試成功
• 阿聯酋航空邁向永續 完成 100％ SAF 驅動單一引擎首航
• https://tcc-gsr.com/module-1/transforming-transport-and-mobility/

• 作者 / 照護線上編輯部
• 本文轉載自 Care Online 照護線上《天氣轉涼！口罩戴不住，咳嗽咳不停，當心肺部警訊　胸腔專科醫師圖文解說》，歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持 Care Online 喔

「醫師，最近天氣比較冷，我先生早上起床的時候都一直咳，咳到胸口很痛，咳出來的痰還有血絲，已經吃過感冒藥，但是沒什麼改善。」王太太擔憂的說，「疫情期間得戴口罩，可是他只要戴口罩就覺得很喘，吸不到空氣。」

「咳多久了？」醫師問。

「應該持續了 3 個多禮拜。」王太太想了想說。

「如果症狀持續這麼久，恐怕不是單純的感冒喔。」醫師說，遇到慢性咳嗽時，通常不是單純的感冒。特別是天氣愈來愈冷，在進入冬天的同時，有很多肺部疾病都可能因為吸入冷空氣而急速惡化，嚴重甚至可能死亡。因此，在不斷咳嗽、胸悶、呼吸困難等症狀下，一定要考慮氣喘、肺阻塞的可能性。

但一般民眾較難區分氣喘與肺阻塞差異，建議可從病史做初步了解。

「請問先生有吸菸嗎？」醫師問。

「有啊。」王太太點點頭，「從年輕抽到現在快 30 年了。」

聽診過後，醫師臉色凝重的說，「建議需要進一步安排肺功能檢查」，結果顯示，病人的肺功能很差，大概只剩一般人的四分之一。

亞東紀念醫院胸腔內科王秉槐醫師表示，抽菸是導致肺阻塞的重要原因之一，由於病人對肺阻塞症狀較不熟悉，常誤以為「咳嗽、有痰」只是一般感冒，或是覺得「行動會喘」只是正常老化現象而延誤就醫。臨床上很多肺阻塞病人在就醫時已是較嚴重的中晚期，錯失最佳治療時間，也容易因為急性惡化出現呼吸衰竭，而插管住進加護病房。

持續三週咳、痰、喘，當心致命肺阻塞！

每到冬季，天氣愈來愈冷、空氣汙染加劇，許多病人會因呼吸道症狀就醫，才意外發現已罹患肺阻塞（COPD，Chronic Obstructive Pulmonary Disease）。王秉槐醫師指出，肺阻塞是一種盛行率很高的慢性呼吸道疾病，病人多為 40 歲以上有吸菸或是曾經有吸菸習慣的民眾，其他的危險因子還包括空氣汙染、粉塵、廚房油煙、及揮發性化學溶劑等。

肺阻塞是因為呼吸道長期發炎，導致慢性支氣管炎和肺氣腫，王秉槐醫師解釋，發炎的支氣管就像馬路變窄、出現許多障礙物，讓病患無法順暢呼吸。肺阻塞常見症狀包括咳嗽、濃痰、容易喘，若未及早治療，肺功能會愈來愈差，治療空間也愈來愈小，嚴重時會導致失能，甚至死亡，對於病人及家庭造成很大的衝擊。

世界衛生組織（WHO）統計資料顯示，全球每 10 秒就有 1 人死於肺阻塞，每年死亡人數高達 300 萬人，遠超過新冠肺炎一年內近 200 萬人的死亡人數，儘管如此，仍有很多人沒有認知到肺阻塞的嚴重性。台灣胸腔暨重症加護醫學會最新針對千位 40 歲以上，且有暴露在危險因子（如吸菸、二手菸、空氣汙染、粉塵等）的民眾。調查發現，超過四成不認識肺阻塞；另外也觀察到，50-59 歲對於肺阻塞疾病認知相對較差，三成不清楚肺阻塞常見症狀為咳、痰、喘；四成不清楚菸害、空汙、粉塵等皆是肺阻塞的危險因子。

此外，新冠肺炎疫情期間，大家必須常戴口罩，肺阻塞病人因肺功能較差，戴口罩時頭暈、頭痛等相較一般人嚴重。根據調查，超過九成高風險族群曾因呼吸困難、喘不過氣而戴不住口罩。王秉槐醫師提醒，若為 40 歲以上，且暴露於菸害、空汙、粉塵等危險因子環境的人，當配戴口罩時咳嗽、喘不過氣等症狀特別明顯、嚴重，建議提高警覺，必要時至醫療院所安排進一步檢查。

爬樓梯喘吁吁？一分鐘登階測肺阻塞風險

日常生活中，我們可以透過爬樓梯來自我檢測，了解肺功能的狀況，王秉槐醫師說，台灣胸腔暨重症加護醫學會推出「一分鐘登階」自我檢測，大家可以試試看，一分鐘可以爬幾階樓梯，初步檢測肺功能，並大致評估肺阻塞風險。若一分鐘無法爬完 80 階階梯（約四層樓），且合併持續三週以上的咳、痰、喘症狀，則可能有肺阻塞風險，建議盡快到醫療院所就醫安排X光及肺功能檢查。

肺阻塞藥物很多種，效用各不相同

在治療方面，目前肺阻塞的治療藥物包括支氣管擴張劑、類固醇等，分別又有吸入型、口服藥物，以及長效、短效藥物。

支氣管擴張劑能放鬆呼吸道的平滑肌，就像拓寬肺部公路般增加氣流量。類固醇可以減少呼吸道發炎反應，就像減少肺部公路網的障礙物一樣能暢通呼吸道。有時還會搭配袪痰劑幫助排除痰液，或抗生素治療肺部細菌感染。

王秉槐醫師叮嚀，肺阻塞藥物種類繁多，效用亦不相同，有些能長期服用，有些僅限短期治療，醫師會依照病人的肺功能及症狀選擇不同藥物組合，病人務必依照指示正確用藥，定時回診與醫師討論用藥狀況，幫助疾病獲得穩定控制。

接受藥物治療時，也要記得接種疫苗，王秉槐醫師說，流感疫苗已被證實能降低急性惡化及死亡風險，建議每年接種。

在天氣寒冷、空汙嚴重的時候，肺阻塞病人更要提高警覺，若咳痰喘症狀變嚴重，便要盡快就醫！

這不是感冒！氣喘發作很要命

除了肺阻塞，氣喘也容易被誤認為感冒，而延誤病情，亞東醫院胸腔內科王旭輝醫師表示，氣喘是一種支氣管發炎的慢性病，季節轉換或早晚溫差較大時容易發作。

氣喘的症狀包括慢性咳嗽、胸悶、喘鳴聲、呼吸困難等，王旭輝醫師解釋，若咳嗽三週以上、有感冒症狀超過 10 天、有時感到胸悶、呼吸時有咻咻聲、咳嗽在清晨及夜晚特別嚴重，甚至會因呼吸困難或胸悶影響睡眠時，便應懷疑有氣喘的可能。

「氣喘不僅常常被誤認為感冒，症狀也容易與肺阻塞搞混。」王旭輝醫師分析，「氣喘好發族群通常是有過敏家族史的年輕族群，經由外在環境如季節、早晚溫差等誘發氣喘，因此病程時好時壞，氣喘經過治療之後情況得以改善。肺阻塞就不一樣了，患有肺阻塞的人通常較為年長，可能抽煙或長期暴露在充滿粉塵、油煙的環境，肺阻塞大多是漸進式惡化，不會時好時壞。由於肺臟遭到不可逆的破壞，肺阻塞的治療效果比氣喘有限。」

面對氣喘，定時診斷、追蹤、治療為環環相扣

病人若有相關症狀，建議至胸腔內科門診由胸腔內科醫師進行問診及檢查。王旭輝醫師表示，「醫師會根據病史、理學檢查、胸部 Ｘ 光及肺功能檢查，有時再加以血液檢驗予以輔助評估是否為氣喘。」

確定診斷為氣喘後，除了對提供衛教，也會開始使用藥物治療。王旭輝醫師說，初期狀況較不穩定時，建議病人每隔一至兩週回診；待病況較穩定後，病人可以每三個月回診追蹤，並定期使用氣喘的保養性藥物。

「為了預防氣喘急性發作，病人都要準備吸入劑。」王旭輝醫師說，「吸入型藥物包括支氣管擴張劑、類固醇等，各種藥物適用的狀況不同，一定要依照醫師指示使用。」

規律用藥治療、保暖、維持環境濕度及溫度、是氣喘病人日常保養重點

氣喘容易在天氣轉涼或早晚溫差大的時候發作，病人務必做好保暖，王旭輝醫師叮嚀，維持環境的濕度及溫度對氣喘病人相當重要。平時要確實戴好口罩、勤洗手、接種疫苗，做好自我保護，減少呼吸道感染的機會。病人必須遠離菸害，家中棉被要經常清洗並曬乾，以防塵蟎誘發過敏。

保養性藥物非常重要，有助維持病況穩定，即使沒有症狀，也要按時使用，切勿擅自停藥，日常有出現任何不適症狀，應於回診時向醫師回報、討論。王旭輝醫師強調，除了定期回診，家中也可以準備尖峰吐氣流量計，每日定時追蹤吐氣的尖峰流速並記錄數值，可以在回診時提供給醫師作為參考。

氣喘經常被誤認為感冒，而遭到忽視，但是氣喘急性發作時，可能危及性命！王旭輝醫師提醒，如果有喘、咳、呼吸困難、胸悶等症狀，建議至胸腔內科安排進一步檢查，維持肺部健康！

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