嘉賓:香港科技大學電子及計算機工程學系副教授黃文海

「我是黃文海，現時任職香港科技大學電子及計算機工程學系副教授，我的研究興趣為半導體材料和微電子芯片技術方面，我現時專注第三代和第四代，即是新型半導體材料的基礎和應用研究，這些技術主要會在高功率電子領域，或稱為「電力電子領域」有很多應用的場景。」

電力電子技術的應用，會對世界有何影響？ 其中一個例子是新能源方面。各地致力減少溫室氣體排放，越來越多國家嘗試使用新能源取代化石能源，而改用電動車，亦即是新能源汽車是大勢所趨，正因為這樣，帶來了半導體支持新能源汽車行業的需求。 

「另一個例子就是儲能產業。儲能即是能源儲備，是全球經濟發展和經濟復甦需要考慮的一個重要環節。就如太陽能，我們希望盡量利用天然資源，不要浪費，便需要一個硬件電力系統，負責儲備大自然給予我們的天然資源。儲能產業亦能夠為新能源產業往後的發展，注入強勁的動力。據一些相關研究顯示，以香港為例，如果可以充分利用香港建築物天台安裝太陽能板時，每年本地可生產最高約八億八千萬千瓦時(kilowatt-hour)的電能。在這個背景之下，香港雖然寸金尺土，但我們城市是試驗太陽能儲能產業的其中一個好地方。儲能產業不單止在香港具有經濟價值，亦有效優化香港土地資源裡的電網配置，可以節省工商業的用電成本，亦可以解決能源過剩的問題，產生社會效益。

最後一個關於電力電子領域可以產生影響的地方，可能大家不會想到相關性，其實是與資訊科技有關。我們今日身處一個資訊流通的時代。物聯網(IoT)和人工智能(AI)均牽涉到許多數據流通和交換。背後資訊及資料的儲存、處理都需要數據中心協助。數據中心是甚麼？就是處理公司、個人或政府所需要的記錄或運算的資料。數據中心由許多電腦伺服器、儲存設備及一些網絡設備組成。它們電力供應當然需要穩定，由於數據量高並且流通量多，耗電量大，我們都關心它們電源使用的效率。所以數據中心的電力供應和管理方案，以及它們之間如何互相整合，亦都變得日益重要。」

由於現今世界追求高能源效益和減低碳排放，對於新式微電子技術的技術要求變得更加嚴格。 而新一代電力電子技術有助發展高效能的儲能系統、新型電動車技術和數據中心內的高效能電力系統。 

「我們其中一個研究方向，就是開發出一些適用於電力電子系統的功率變換要求的新型半導體技術。剛剛我提及的第三代、第四代半導體，即新一代的半導體，亦稱為「寬禁帶半導體」。我們的研究正大力推動這些新的半導體技術，推動建構新型電力系統，加快推動新型電力系統的高品質、規模化發展。電力電子技術作為這些功率轉換系統當中的核心，其實一直以來都是由低成本和可靠的傳統半導體技術「硅」(Silicon)所主導。但為了適應新產業對於更高的功率密度，和更高的能源轉換效益要求，「硅」其實有少許力有不逮。所以現今我們都想開發許多新型半導體，當中包括「碳化硅」(Silicon Carbide)和「氮化鎵」(Gallium Nitride)，這兩個材料為主的寬禁帶半導體。過去幾十年，工業界和學校付出了很多努力，搶佔了一些比較高端的市場。兩者是第三代半導體所製造的微電子芯片，它們的優勢就是具有比「硅」(Silicon)更高的耐壓能力，以及更低的功率損耗，已經成為許多高效功率轉換器內一個重要的部分。Tesla在最近一年內，便公佈推出了以「碳化硅」成為它們電動車內一個很重要的半導體技術。

除了這兩種材料之外，近年我們亦注意到一種所謂「超寬禁帶半導體」，作為繼第三代半導體後一種更加新型的半導體材料，就是所謂的第四代半導體。它們具有更加優異的潛力，亦都迅速崛起成為下一代電力電子技術的一個研究熱點。相比起第三代的「碳化硅」和「氮化鎵」，第四代半導體的材料包括「氧化鎵」，一種氧化物，以及我們可能不覺得它會是半導體的金剛石，亦即是鑽石，女士手上的首飾，其實都可以是一種半導體材料。它們不單止具備新能源技術所需要的高壓、低損耗性能，而且都可以有機會滿足到新產業規模化應用所需要的低成本需求。」