為護國神山探勘大未來！半導體晶體研究 永保好奇就有挖不完的寶礦

表面薄膜的差異，影響晶面效應大不同

黃暄益教授與團隊發表「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。

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。黃暄益卻發現，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。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。」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12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。

大膽假設小心求證，持續探勘知識新寶藏

「我們的研究發現了很多神奇的現象，那是很難複製的成功經驗：從發現、假設到證明全都包辦了。希望以後半導體的晶面效應會放進教科書，這才是更完整的半導體知識。」黃暄益笑說，自己非常喜歡在學術研究領域，他始終抱持挖寶的心情，且過一陣子回頭自我察覺，是否有其他人提出新的說法，「確認自己投入的是新的研究領域，也找不到更好的解釋，我就會繼續挖下去。」

▲清華大學化學系教授黃暄益表示，研究之路也許孤獨，但他不改其樂，一心要把研究做足、做深。

如何保持做研究的熱情？黃暄益表示，「認知你從研究中挖到了寶，所以要繼續挖，而且，從來沒有人要來搶你的寶礦。」研究之路也許孤獨，但他不改其樂，一心要把研究做足、做深，「等我們把整個故事探索地更加清楚了，後人大概沒搞頭了。」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，期許對未來的世界有更多正向的影響力。