某科學の超電報

儀器與他們的產地:國研盃 i-ONE 儀器科技創新獎 開放報名,快來打造儀器改變世界!

儀器改變了世界

  • 1593 年,伽利略 (Galileo Galilei) 利用空氣熱脹冷縮原理,建造了第一支氣體「溫度計」。
  • 1595 年,第一個複式顯微鏡誕生,用來測量細胞結構。
  • 1609 年,伽利略發明天文望遠鏡,首次利用折射式望遠鏡觀測天體,開啟了天文學的研究。
  • 1759 年,‎約翰·哈里森(John Harrison)發明航海天文鐘(marine chronometer),以辨別經度,揭開大航海時代的序幕。

儀器的發明,讓我們提出的假設可以進行定量與更精確的測量,改變了我們看待世界的方式並且擴展了我們的感官範圍1

19 世紀、20 世紀和 21 世紀間科學發展的差異,部分源於探索世界的儀器不同。先進的儀器不僅可以促成新發現,回答日益複雜的問題,還可以提高知識生產的效率。除此之外,儀器促進了跨學科的研究。許多驚人的科學、工程和醫學發展,都是從基礎科學導向應用科學研究而發展的。

隨著基礎原子和分子物理研究日趨成熟,因應這些基礎科學研究所開發的儀器又再度被化學家和應用物理學家採用。在大學研究及新創公司帶領下,這些相關技術亦能應用於生物、臨床和環境科學。

爾後產生新的發現又使開發更強大的新穎儀器成為可能。例如,磁振造影(magnetic resonance imaging scanners),最初是物理學家和化學家為進行基礎研究而開發的,爾後才成為醫學上的診斷儀器。

因此,儀器的發展與科學保持著共生關係(symbiotic relationship),決定了未來的科學發展與社會進步1

儀器是結合光、機、電、真空、控制等物理、化學及生命技術之整合系統,種類繁多,各國分類標準及涵蓋範圍亦隨各國產業現況而異,依儀器用途概分為八大類組,涵括基本物理量量測儀器、光學量測儀器、化學分析儀器、材料分析儀器、表面分析儀器、電子測試儀器、醫療儀器、環境及安全衛生檢測儀器等2

要拿諾貝爾獎,先搞定儀器

2001 年日本政府宣布將在 50 年內奪下 30 座諾貝爾獎,截至 2019 年,日本總共拿下 19 座諾貝爾獎,平均一年就產出一位諾貝爾得獎者。美國和日本都是諾貝爾獎大國,要長出顯眼的科技樹,除了政府支持、經濟作為後盾之外,還有一項重要的原因就是高端儀器的製造與使用。

前中研院院長李遠哲獲得諾貝爾化學獎的主要原因就是設計出「交叉分子束實驗裝置」(crossed molecular beam apparatus),並用此儀器深入了解分子碰撞與化學反應的機理。

自製儀器除了可以拿諾貝爾獎以外,還可以幫助產業節省成本。就半導體產業來說,台灣雖為半導體產業龍頭,但製程所用的設備大多數都仰賴進口,價格昂貴且維修不易。

在台灣,隸屬國家實驗研究院的台灣儀器科技研究中心(儀科中心),可說是客製化光電儀器重鎮。

近年來投入半導體高階儀器設備及關鍵零組件之自研自製,研發出國內第一部自製先進半導體原子層磊晶蝕刻(atomic layer etching, ALE)設備,使用氮化鎵(GaN) 材料研製次世代半導體電力元件,作為製作微小結構「精準蝕刻」最佳工具,可應用在半導體製造業的特殊製程步驟,不僅可彈性調整零組件、降低維修成本,讓技術不再受制國外廠商。

另為因應產業界對於半導體製程之尺寸微縮需求,以及奈米科技於多元科技之應用發展,儀科中心自主開發原子層沉積 (atomic layer deposition, ALD)系統,與目前動輒台幣二千萬元以上的機台相比,儀科中心開發同樣性能之系統,性能與價格上,皆具市場競爭力。

國內第一部自製先進半導體原子層磊晶蝕刻(atomic layer etching, ALE)設備

有了自製的能力,還可以利用獨有的設備與技術,根據產業製造、學術實驗與生醫檢測等各界需求,客製化開發目前市面上「不存在」的設備。

儀科中心就曾經協助產業開發建置全台首創線上全檢「太陽能板產線智慧即時回饋檢測設備」,在 1 分鐘內即可完成一片板材檢測,不但檢測效能提升 30 倍以上,並可即時分析研判結果,據以對製程進行調整,大幅提升生產效能和品質;協助醫學界開發「生醫顯微影像光譜檢測系統」,整合顯微取像與高光譜模組,透過人工智慧學習,進行組織或病理試片分析,協助醫檢及研究人員進行攝護腺組織、子宮頸抹片、泌尿上皮細胞等初步組織或病理試片特徵分類。

國研院儀科中心依照客戶需求量身打造客製化儀器解決方案

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參考資料

  1. Advanced Research Instrumentation and Facilities, National Academies Press, P16 (2006)
  2. 《儀器總覽》,新竹: 國家實驗研究院台灣儀器科技研究中心,P5,1998年。

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