「耳朵腫一包」絕非小事：耳朵腫脹竟可能永久變形

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/

本文轉載自食藥好文網

• 撰文／雅文兒童聽語文教基金會 黃上維、張晏銘 聽力師

聽覺是兒童接觸外在聲音世界、學習口語語言的基礎，聽得到且聽得清楚，孩子的語言及認知表現才有機會適齡發展，因此一旦確認有聽力損失，就有助聽器的使用需求。不過，當醫生判斷孩子有聽力損失後，父母心中都想知道：有沒有吃藥、手術或其它方式，來治療聽力問題？又或是戴上助聽器後，就能讓孩子的聽力恢復嗎？要解答這兩個問題，我們必須先了解聲音的傳遞方式。

我們如何聽見聲音？

耳朵是接收聲音的管道，分成外耳、中耳、內耳，隨後透過聽覺神經將聲音訊號傳遞至大腦解讀，任何一個區域出了差錯就有可能造成聽力損失。

外耳及中耳問題會造成「傳導性聽損」，例如：小耳症、耳道閉鎖、中耳積水、聽小骨硬化或斷裂等；這類聽損有醫療治癒的機會，但若治療的時機未到或期程過久，仍將耽誤孩童的聽語學習，因此可能需要階段性使用助聽器。內耳及聽神經問題會造成「感覺神經性聽損」，例如：毛細胞損傷、基因遺傳導致的細胞功能變異、神經細小等；這類聽損至今仍不可逆，也占先天性聽損的多數，需要終生使用助聽器或其它聽覺輔具。

助聽器的技術發展與時俱進

「工欲善其事，必先利其器。」要讓受損的耳朵重拾聽覺，要先了解助聽器的來歷。 助聽器顧名思義是幫助聽力的器具，如果說任何能把聲音有效傳進耳內的工具都是助聽器，那 17 世紀所誕生像漏斗、號角般的「耳朵喇叭（Ear trumpet）」就開啟了助聽器的時代篇章 ^[2]。不過這樣單純依靠聲學作放大的音量勢必有限，18 世紀末出現了以碳形成磁場，能有效提高音量的「碳助聽器」，同時引進不同頻率的聽力損失應有不同放大量的概念，隨後更歷經以「真空管」提供電力、以「電晶體」減少耗電及縮小外觀尺寸的時代。

到了 19 世紀末，助聽器開始「數位化」處理，與過往類比式不同，數位式助聽器在麥克風收音時，便將聲音轉成 0/1 的數位訊號，透過處理器分析、過濾和放大這些聲音，以此達成方向性接收語音、降低噪音、消除回饋音（漏音）等功能，最後再把 0/1 的數位訊號解碼化回聲波，傳遞至耳朵內。

助聽器可以像近視眼鏡一戴就好？

多數情況下，戴助聽器跟戴眼鏡不一樣，無法一戴就好，原因除了助聽器硬體的外部限制，如麥克風收音的品質與距離影響，人耳的生理也有內部限制。對少數「傳導性聽損」者而言，聽力損失相對單純，只要聲音的「音量」被放大還原，克服了外耳或中耳的阻礙，就能有正常的聆聽潛力，然而多數「感覺神經性聽損」者，損失的不單是音量，尚有對高低音「頻率」的差異分辨，如此當說話語音與環境噪音的頻率太過相近時，大腦很難將語音從噪音中抽離；以及對聲音「時間序列」的解析力降低，因為大聲音（或比較重的音節）會遮蔽緊跟其前後的小聲音，加上生活中的語音及噪音忽大忽小，大腦很難在交錯的聲音中鎖定目標語音 ^[3]。

以視覺做比擬，音量損失就像字體變小了，語音變得不易看見；頻率解析度下降就像字形變模糊了，讓本來就看起來相仿的字變得更混淆；而時間序列解析度下降就像比較大的字會凸顯而掩蓋前後比較小的字，或字跟字會有重疊情形，讓整句話變得不完整。

現代助聽器有許多進階功能，如頻率降轉技術 ^[4]、噪音消除技術，能協助濾化聲音，幫助聽損者更好接收到目標音，但無法從本質上根治感覺神經性聽損敏銳度低的問題，因此助聽器是以矯正聽力損失、利用殘餘聽力為目的，有賴後續聽能復健訓練以最大化助聽器的使用成效。

「最好」的助聽器是「最合適」自己孩子的助聽器

國內經衛生福利部核准的助聽器醫療器材超過 180 種，各家廠牌的設計訴求不一，若家長在為孩子選購助聽器時陷入苦思，不妨先依序檢視下述原則：

一、選擇：助聽器的種類與適用對象

• 整理／雅文兒童聽語文教基金會

二、配置：助聽器的規格與使用需求

聽損者的聽力在不同聲音頻率間，多有不同的感知受損程度，助聽器要達成分頻率地矯正，有賴於可調整的「壓縮頻道」，頻道數的多寡也常反應在助聽器的等級與價格，但越多的壓縮頻道不一定會聽得越好。對於聽力圖屬於平坦型，即高低頻的聽損程度相近者，擁有 6 個壓縮頻道就足以達成理想的語音辨識清晰度；對於聽力圖屬於極陡降型，即高低頻聽力可能橫跨輕度至重度聽損範圍的人，提高壓縮頻道至 18 個才有改善語音聆聽清晰度的顯著意義 ^[5]。此外要留意，若您的孩子適用政府輔具費用補助資格，壓縮頻道在 6 個以上就能符合〈身心障礙者輔具費用補助基準表－進階型助聽器〉的頻道數要求，該「進階型」的意義與市面上廠商所定義「入門款、基本款、高階款」等不相同。

接著，承前述助聽器與人耳的限制，助聽器需要與「無線傳輸系統」相容，不論是搭配各助聽器廠牌自有的藍牙麥克風，亦或是搭配現今教育部針對聽覺障礙學生提供之遠端麥克風系統（舊稱調頻系統）^[6]，才能讓孩子在具有複雜聲音環境的學習場域聽得清楚，克服與老師間的距離、周遭的噪音回音等影響，減輕長時聆聽的疲勞。

三、驗證：確認助聽器的使用效果

因為兒童還無法完善表達自身需求，要確認使用助聽器效果時，除了家長的日常觀察，下述的客觀檢測不可少，包含「聲場矯正後聽力圖」用以確認孩子最小可以接收到的音量有無改善；「語詞辨識測驗」用以確認孩子在不同聆聽情境（如安靜環境下的遠距離說話音量、及吵雜環境下的一般說話音量）皆能聽得清楚；「真耳或耦合器量測」用以確認助聽器的處方公式設定與輸出音量相符，並確認最大輸出音量，避免過度擴音造成傷害。「聲電分析」用以確認助聽器的效能（如增益量、內部噪音量、聲音失真率等）隨時間可能衰減後是否仍在容忍值。

然而，不同聽損程度或助聽器的配戴經驗會影響驗證的細節，因此在購買助聽器之前，記得向聽力師了解這些檢測的理想目標、同樣能達成目標的其它選項有何差異、目標未達成時可努力的方向，以此兼顧助聽器的購買成本及使用效果。

和戴上助聽器同樣重要的下一步

看起來助聽科技很厲害，但別忘了，助聽器不是治療聽損的萬靈丹，聽覺大腦的路徑具有神經可塑性，需要透過正確配戴輔具，來增進聽損者對聲音的感知 ^[7]。對語言及認知能力還在發展階段的兒童來說，養成全日配戴的習慣、培養良好的傾聽技巧 ^[8]、學習聲音與意義的連結，是擁有適齡發展的要素。此外，你可以想像即便是聽力正常人，在聆聽環境複雜的時候，不總能聽得如此清晰，也需要依靠上下文解讀、請他人重述，或轉換環境做聆聽等，因此，「聽能復健訓練」是從建立核心的聽能技巧開始，擴展到語言及認知能力的促進，再到有效溝通策略的練習，是最佳化輔具成效所不可或缺的步驟。

參考資料

• [1] 馬英娟（2016）：淺談聽覺系統。載於林桂如（主編），以家庭為中心的聽覺障礙早期療育——聽覺口語法理論與實務（265-282頁）。新北市：心理。
• [3] 劉殿楨等譯（2019）。聽覺輔具，第 1 章。台北市：華騰文化。(Harvey Dillon, 2012)
• [5] Jason Galster & Elizabeth A. Galster.(2011).The Value of Increasing the Number of Channels and Bands in a Hearing Aid. AUDIOLOGYONLINE. Retrieved from https://www.audiologyonline.com/articles/value-increasing-number-channels-and-826.
• [7] Karawani, H., Jenkins, K., & Anderson, S. (2022). Neural Plasticity Induced by Hearing Aid Use. Frontiers in aging neuroscience, 14, 884917.

延伸閱讀

• [2] 楊又臻（2018）。助聽器是尊貴的象徵？從聲學椅到聲學拐杖，為了聽清楚的怪招式還真多。
• [4] 張逸屏（2022）。高音唱不上去可以降 KEY，高頻聽不清楚可以……？──談助聽器降頻技術。
• [6] 林淑芬（2022）。教室聆聽小幫手—遠端麥克風系統。
• [8] 楊琮慧（2020）。有聽沒有到，為何學會「傾聽」這麼重要？