清華晶面效應理論發表　啟發下一世代半導體創新突破

學界過去認為，相同晶體的導電度、光學性質等各項理化性質應該都是一樣的。清華大學化學系教授黃暄益團隊發表「晶面效應」理論，以研究證實即使採用同樣化學元素製成的晶體，只要形狀不同，就會因晶體表面薄層和內部晶格排列的差異，產生不一樣的電性、光學性質及光催化活性。這項研究成果登上頂尖期刊《Small》，可望啟發下一世代半導體研究的創新突破。

但黃暄益多年前就發現，氧化亞銅八面晶體最導電，其次是立方晶體，菱形十二面晶體則完全不導電；此外，氧化亞銅菱形十二面晶體的光催化活性最佳，其次是八面晶體，立方晶體則不具光催化活性，且不同形狀晶體呈現的顏色也不一樣。

黃暄益研究團隊包括陽明交大材料系副教授羅友杰(左起)、博士生高睿成、清華化學系博士在職生陳柏豪、教授黃暄益、教授陳益佳、國家同步輻射研究中心副研究員莊裕鈞。

許多研究者面對這些差異，並未進一步探究這個現象，但這反而激起了黃暄益的好奇心，希望能以實驗數據證實這奇特的晶面效應。

黃暄益假設晶體表面有一薄層，因原子位置的極小差異，使得表層的晶格排列方式與內部晶格出現變化，因而造成不同的電荷移動、光吸收效果。「就如同生魚片表面用火焰微烤一下，外觀貌似相同，但香味及口感就會產生變化。」黃暄益比喻。

為證實這項假設，黃暄益團隊使用國家同步輻射中心的高解析度X光照射晶體，並以高解析電子顯微鏡進行觀測，果然發現八面晶體、立方晶體、菱形十二面晶體上的晶格排列都不一致，證實了「晶面效應」理論。依此理論，半導體也會產生不同的壓電性及磁性。

清華化學系博士在職生、同時也是國家同步輻射中心研究助理的陳柏豪說明，台灣光子源高解析粉末繞射實驗站的光源強、光束直且不易發散，因此實驗準確度很高。他取氧化亞銅奈米晶體粉末，填充在只有直徑0.3mm的毛細管中，並用X光照射曝光，發現圖上有兩個繞射峰，顯示晶體表面跟內部確有兩種不同的晶格排列方式。

黃暄益認為，了解晶面效應產生的機制，能讓未來的半導體材料應用更廣泛，例如利用晶面控制電荷轉移，或挑選適當的晶面組合製成電晶體。黃暄益感謝國家同步輻射研究中心的技術支援，讓他堅信多年的假設終於得到證實。