張懋中(电子电路专家)

2012年校友會終身成就獎

張懋中校友是美國國家工程學院院士, 也是台灣中央研究院院士。他目前是 UCLA勝華卓越講座教授和電機工程系系主任。他在1979年畢業於新竹交通大學電子工程研究所並獲頒國家工程博士學位。張懋中校友對Ⅲ/V族化合物半導體高速電子元件和高頻無線電與混合信號之固態電路及其在通信, 聯結和攝像系統上的基礎研究和實際應用作出了關鍵性的貢獻. 此貢獻包括發現砷化鎵半導体之方向性電子傳輸特性與其異質結雙極性電晶体(MOCVD HBT), 和由其衍生之極高頻 AlGaAs / GaAs HBT與高速度及高積成度Silicon CMOS固態電路之開發, 設計, 製造與產業化.他的重大貢獻可分述如下:

成功的研究開發並產業化高線性與高效能砷化鎵異質結雙極性電晶體 (MOCVD HBT)  及其衍生的 HBT + FET(異質結雙極性電晶體+場效應電晶體)或 BiFET 所積成的射頻功率放大器 (Power Amplifiers) . 張博士的此項研發促成了近20年來全世界的第二代 (2G),第三代 (3G)與第四代(4 G) 無線行動電話發射機的量產與普及化.因為2G, 3G,4 G的數值調變系統需要相當嚴格的高線性與低功耗的發射機,而HBT與BiFET積成電路正是滿足此項要求的最佳功率放大器.在90年代的初期,張博士的Rockwell Science Center研發團隊首先成功開發了砷化鎵 MOCVD HBT功率放大器,使得Qualcomm原創的碼分多工(CDMA)手機通信網路得以先在香港和南韓成功商業化, 最後得以普及於全世界. 在過去20年中,以張博士所開發的MOCVD HBT或 BiFET 功率放大器所製成之手機已經超過50億台.

在基本材料物理方面,張博士最先發現局部應力(Local Stress)能改變砷化鎵場效應電晶體(FET)在不同固態結晶方向的載子傳輸性能. 更實證此一效應與砷化鎵 Substrate 的壓電特性直接相關. 此項發現導至運用張力或壓力來改變FET的電流與電壓特性, 甚至能加強或取代傳統以摻雜物來控制電晶體導通程度的方法.此項發現也促成無摻雜物異質結之場效應功率電晶体(i.e.AlGaN/GaN)的開發與應用. 張博士也首倡規範場效應電晶體(FETs)在晶圓上的配置方向,以減少局部張力或壓力所造成的晶體特性變化 .

領先開拓超高速或極高頻的無線電與混合信號固態電路以發展新世代的通信,聯結與影像系統. 除了最先開發碼分多工(CDMA)手機所需的HBT與BiFET功率放大器與世界第一個運作快於每秒五十億次抽取樣品(>5Giga-Sample-per-Sec)的類比到數值(Analog-to-Digital)轉換器(用於美國機密軍事系統). 張教授也因他在毫米波及次毫米波固態電路的研發及其在通訊聯結和攝像系統的應用之領導地位而廣受尊敬. 他是第一位把互補型-金氧半-矽電晶體(CMOS)的運作速度推高到1.3兆赫(1.3Terahertz)的領域 , 他並開發了世界第一個有源(次)毫米波透視攝像儀在184 GHz , 和世界第一個三維( 3-Dimensional )及三頻 (同時發射及接收在349/201/153 GHz ) 彩色安檢用透視攝像儀. 張博士更是將具可調介電系數之人工介電體 (Artificial Dielectric) 最先實現於CMOS的積成電路中. 並藉此大幅度提升矽晶元上微波傳輸線的介電常數 (Permittivity) 及其前所未有的可變(可經由數值電路操控)介電常數(俱 20倍以上之範圍, Ref.7)以達成效能更高的及更寬廣的共振腔與電感器來完成隨機可變結構的多頻及多模的晶片上無線系統(Radio-on-a-Chip) . 張博士最近更首創出新一代的無線電收發系統,它具備自我診斷及自我醫治的獨特功能. 此功能除有效提升無線電的性能,也提升生產良率及其抗衰與抗老化的能力,最適合供高價的太空通信系統使用. 除此之外, 張博士又開創了多頻帶 (Multiband Interconnect) 的有線暨無線多頻段聯結網 (RF/ Wireless -Interconnect) 以取代傳統電腦的基帶聯結網 (baseband-Interconnect) 以倍增多核計算器中的核與核之間的資料聯結速度與頻寬. 為此項發明及其對多核微運算器的結構所能產生的高速,省電之影響與多傳( multicast )之功能, IEEE 的HPCA高效能電腦結構國際會議曾頒予最佳論文獎.