毫米波積體電路技術 世界領先 無線寬頻數位化生活 可望實現

93學年度研究成果發表會系列(3)於1月　 10日舉行，陳校長指出，本研究係教育部追求卓越計畫之分項計畫，是國內首度成功研發的各項毫米波積體電路，並支援台大物理系及中研院天文所共同執行AMiBA毫米波天文望遠鏡的關鍵元組件。陳校長強調，由於台積電的參與，促使本項技術研究成果與業界合作，研發出高階製程的晶片，得以完成論文並獲選，證明本研究成果居於國際上領導地位。今後希望繼續在教育部及國科會的支持下，結合更多產業界共同提升台灣的半導體研究能力和成果。~)

教育部推動的追求卓越計畫中，由台灣大學毫米波（30~~300GHz）技術研發團隊所研發之積體電路晶片設計技術，可將現有藍芽等技術的傳輸速率大幅提高10-20倍，使無線寬頻數位化生活的夢想可望提早實現。同時，該團隊與台積電合作，研發出高頻率的振盪器以及寬頻放大器，均為領先世界的研究成果。電機系及電信工程研究所王暉教授指出，即將在二月舉行的國際電子領域最重要的年度研討會：「國際固態電路會議International Solid State Circuit Conference (ISSCC)」，該團隊有三篇論文獲選發表。台大則共有八篇論文獲選，總數甚至超過英特爾、三星電子和NEC，是全球第三大的論文上榜機構。（去年全台灣只有五篇，前年則只有三篇），顯見此項毫米波的研究技術能力已獲得國際肯定。~)

王暉教授強調，毫米波（30~~300GHz）技術影響民生及國防工業甚巨，此頻帶相較於傳統微波頻段（0.3~~30GHz）具有下列優點：天線增益(效能)可提高，頻寬較大可容納較多資訊，電路尺寸可變小，另與紅外線及可見光相比，在惡劣天候中衰減較小。在本計畫執行前，國內(尤其在學術界)幾乎沒有毫米波方面的研究。本項計畫的目的就是要提升國內微波及毫米波技術，期能建立下一代無線通訊系統之研製能力。~)

曾任職於美國TRW公司（現為諾斯洛普公司）資深工程師及經理的王暉教授表示，本計畫目前已完成從30至110GHz毫米波積體電路晶片的設計工作，將國內在毫米波的研究技術能力推到更高的頻段。在此頻段中，60GHz的無線區域網路(Wireless Local Area Network, WLAN)為接續現有2.4及5.2GHz WLAN的重要前瞻性技術，可將現有的標準如IEEE 802.11a、藍芽等技術之傳輸速率(～50Mb/sec)大幅提高10-20倍(～1Gb/sec)，使無線寬頻數位化生活的夢想早日實現。~)

為因應此趨勢，本計畫使用砷化鎵的製程，完成一個整合天線、轉接、本地振盪器、及混波器的60GHz先進整合單晶接收晶片。由於CMOS製程成本遠較砷化鎵製程低且可與數位電路進行整合，本計畫並進一步使用台積電CMOS製程來設計毫米波晶片，使用標準CMOS製程所完成世界最高頻（60GHz）的CMOS振盪器，此振盪器將可使用於下一代的無線寬頻區域網路系統中。~)

在本年度中台大的研發團隊更進一步與台積電合作，以130奈米及90奈米之矽製程，研發出113GHz的振盪器以及DC至80GHz的寬頻放大器。這些均為世界上在此一領域領先的研究成果，並受到國際電子領域最重要的年度研討會：「國際固態電路會議International Solid State Circuit Conference (ISSCC)」的肯定，並有三篇論文獲選將於二月在ISSCC 2005上發表，成果斐然。由於這些研究成果，使得過去毫米波晶片元件必須使用價昂的三、五族化合物製作情況得以突破，可望大幅降低價格，進一步帶動毫米波民生用途系統的研發。同時也可加速上述全面化無線寬頻數位化生活的來臨。~毫米波技術~

支援天文望遠鏡和衛星通訊~除了發展毫米波晶片之外，王暉教授指出，本計畫並支援本校物理系與中研院天文所，建立了一操作於85~~105GHz頻段接收宇宙背景輻射之電波天文望遠鏡陣列(Array of Microwave Background Anisotropy, AMiBA)，此觀測結果將可用於解釋宇宙演化的過程。~)

AMiBA主要是藉由觀測宇宙背景輻射的各向不同性，瞭解宇宙形成初期密度的細微變化，經過宇宙膨脹，宇宙背景輻射的頻譜與2.7K(絕對溫度)的黑體輻射非常接近。~)

2.7K 的黑體輻射主要分佈在毫米波頻帶 (約 200 GHz)。以前的觀測主要是在30GHz附近，AMiBA藉由此毫米波技術，可進一步選擇85~~105GHz的頻段來觀測，除了可以在不同頻率驗證其它望遠鏡觀測的結果，也可觀察到宇宙背景輻射極細微的變化。因為在85~~105GHz頻段中，宇宙前景輻射強度相對較弱，而宇宙背景輻射的細微變化只有百萬分之一度，因此必須使用低雜訊接收機與寬頻的相關器才能達到所須的系統靈敏度。~)

本計畫為此陣列研發了所需的混波器及濾波器等重要元件，是電波天文系統上第一次應用國內設計的毫米波元件，因為是自行開發的技術，也因此大幅節省研發經費。~)

此外，本計畫所研發的技術亦涵蓋了通訊衛星的重要頻段（Ka-頻段，~~30GHz）、汽車雷達（77GHz）以及寬頻光纖通信的頻段，此項技術日後將可支援國內可能發展之衛星通信酬載、汽車雷達及光纖通訊等系統所需的關鍵元組件。再者，毫米波頻段一直是傳統軍事上所使用的重要頻段，此項研發成果勢必對未來民生及國防工業產生極大的影響。~)

主講人王暉教授於1980年畢業於台大電機系，之後留學美國，於1984年及1987年在密西根州立大學分別獲電機碩士及博士學位。其後進入美國TRW公司（現在諾斯洛普公司）的電子技術部服務，曾任研究工程師，資深工程師及經理等職。並於1993年至新竹交大任客座專家半年。1998年返台大電機系及電信工程研究所任教授迄今，並於2003年獲得國科會傑出研究獎。~)

發表本研究係教育部追求卓越計畫之分項計畫，在國內係首度成功研發各項毫米波積體電路，並支援台大物理系及中研院天文所共同執行的AMiBA毫米波望遠鏡的關鍵元組件。在國際上本研究成果亦居於重要地位，尤以標準矽製程研發毫米波積體電路，所獲成果在全球相關研究中居於領先地位。研究主題英文：前瞻性微波及毫米波技術 (Advanced Microwave and Millimeter-Wave Technologies)~\