你是如何開始對電子工程產生興趣?

我比較喜歡說是電子工程先發現我…因為我小時候觸電過很多次!這都是好奇心跟興趣傾向造成的直接結果,讓我想去了解電氣與電子裝置怎麼運作的,而且會去拆解它們並嘗試裝回去。在那個時候,這似乎是一種最棒也最快速的學習科學方式,因為網際網路還不存在。

再加上我成長的過程中(1980年代到1990年代初期)消費性電子快速蓬勃發展,包括PC、視訊遊戲機、遙控器、CD (以及與之相關的雷射與數位因為技術)等等;對任何電氣電子事物的濃厚興趣,以及經歷過不斷摸索使得我對那類裝置的操作更熟練,很自然地讓我想追求電子工程領域的職業生涯,特別是能從事實驗性科學研究與工程專案的學術界工作。

讓人啼笑皆非的是,我在法國接受的主流教育體系完全沒有關於電晶體或是運作放大器等技術的課程,更別說是使用它們;但就緊接在我之後入學的學弟妹們,則因為國家教育課程改革而有接觸那類知識的機會。但我一直在學習數學、物理學與化學等基礎科學概念;最後我就讀巴黎綜合理工學院(Ecole Polytechnique)時,是專攻半導體材料以及固態物理學,這為我前往美國西北大學電子工程研究所進修提供了堅實的基礎。

你能談談在阿拉巴馬大學電子與電腦工程系(Electrical and Computer Engineering Department at the University of Alabama)擔任教授(Associate Professor)的工作內容嗎?

我的工作第一個最主要的內容,是教育與訓練未來的工程師;基本上,我嘗試傳授大學部與研究所學生所有未來發展職業生涯必備的知識與技能(例如我以前有一個學生後來成為專利律師)。我的教學方式有講課、如何解決問題的小組討論,以及從橫跨一個學期到需要幾年的個別研究專案與工程設計專案指導;還有擔任研究生的指導教授。

我會藉由讓學生了解技術/概念的基礎原理與限制,傳授批判性思考的重要性,如此他們會知道該在何時、用什麼方式來運用知識解決問題,而不是只依賴適用範圍狹窄的教科書。而這不總是只有單向的,我在與學生的互動中也會學到東西;舉例來說,我能因此更了解他們的思考方式,以及他們是如何著手解決問題,這讓我可以調整教學方法來因應每個人的情況。

我工作內容的第二個部份,是投入對未來半導體材料、元件與系統的研發,思索如何讓它們的性能變得更好,能用來解決問題與需求。例如讓電晶體能更強韌以抵抗太空幅射、催生更高效率的太陽能電池,或是開發能在高溫或惡劣環境運作的化學感測器;這些大多是實驗性的研究,首先涉及以原始化學先質開發合成半導體材料,還有利用或開發先進的儀器,以取得對各種半導體物理特性的精確理解。

我們也會分析半導體元件如電晶體、光探測器、發光元件,藉由量測其特性取得額外的知識,以幫助工程師設計更好的元件,或是探索如何改善半導體材料的使用。當我在1993年開始進行研究時是鎖定氮化鎵(gallium nitride)系列半導體,而現在該種材料已經廣為人知可使用於藍光LED實現固態照明,在不久的未來也將廣泛應用於電力電子元件。

雖然我一直持續研究類似的材料,但我的研究團隊已經將觸角伸向新興的2D過渡金屬硫化物(transition metal dichalcogenide)材料;這類材料只有幾個原子的厚度,類似石墨烯(graphene),但能展現半導體特性。我率領研究生還有阿拉巴馬大學的幾個夥伴一起進行研究,其他合作對象還包括同校其他學院、其他大學、美國國家實驗室甚至來自國際的夥伴;我們的研究成果也會透過論文或是技術研討會上的簡報等方式發表。

儘管教學與研究工作佔據我大部分的時間,我也會抽空擔任義工;例如我現在是IEEE阿拉巴馬分會的秘書,也是阿拉巴馬大學的學生會顧問。我擔任學術期刊投稿論文、各種補助研究專案提案的評審,參與大學的各種委員會或是教師會,因此時常有機會指導大學在校生,還有高中生。

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美國阿拉巴馬大學電子與電腦工程系副教授Patrick Kung 博士
(來源:EEWeb)

你能描述你的日常工作情況嗎?

典型的一個工作天是早上8點鐘開始,除了固定的講課時間、辦公時間以及委員會開會時間,其餘行程其實很彈性;我會以回覆隔夜的訊息(有時是來自國際的)展開一天的工作,在課堂工作──包括備課、出學生作業、打分數──之餘,基本上就是投入科學研究。能彈性安排日程表很適合這類型的活動,包括跟我的學生開會以審查與分析資料、規劃實驗、提供指導,還有通常是與他們一起在實驗室工作。

我也有機會──而且也很喜歡──自己做實驗,雖然隨著時間流逝,這種機會變得越來越稀罕。在離開校園回家之後我也還會繼續工作;在晚上(通常也會到深夜了),我會繼續進行研究工作,像是可以遠端進行的資料分析、撰寫要發表的論文、閱讀科學期刊、寫經費申請提案等等。還有我也會回覆白天收到的訊息。

你的研究興趣是?

我的研究興趣是由對於探索、理解並改進半導體新材料、元件或系統,以解決工程問題或需要的渴望所驅動。較長期的研究焦點是2D過渡金屬硫化物,這是一種厚度不超過1奈米的超薄半導體材料,擁有獨特的電氣與光學特性,具備在光探測與化學感測方面實現創新元件與應用的潛力;這個研究領域才剛起步,而且要製作這類材料、了解其特性甚至實際生產元件仍相當困難,但我們每一天都對這個領域的整體知識帶來貢獻。

較短期的研究興趣是開發能解決更即時需求的工程系統;舉例來說,我的研究項目之一是專注於開發能用以消滅水中微生物與細菌的紫外線系統,如此就能解決社會大眾對於安全飲用水的越來越多需求。該研究的具體目標是打造更省電的系統。

你目前正在進行的工作是?

比較基礎性的研究工作是專注在開發2D過渡金屬硫化物半導體材料的一致性、可重複合成方法,以及了解其物理特性,實現利用該種材料的電氣與光電元件。我們利用市面上可取得的原始化學前驅物(precursor),並進行化學氣相沉積製程的最佳化,以製作結晶單層(crystalline monolayer),也就是厚度不到1奈米或是只有幾個原子厚(因此稱為2D)的晶體薄膜。

我們正在嘗試製作面積盡可能更大的薄膜,如此它們才能找到實驗室以外的用途,被用來製作半導體元件;這對科學研究社群來說仍是一大挑戰,而如預期我們也在開發利用該超薄材料的元件製程技術。

在進行這些焦點基礎研究的同時,我還有兩個期望能在短期內帶來影響力的不同系統工程專案;一個是前面提到的紫外線系統,我是與土木暨環境工程系(Department of Civil and Environmental Engineering)的同事還有業界夥伴一起合作,希望能消滅水中的有害病原體。這將有助於解決大眾對於飲用水可能含有細菌或病毒的疑慮。

我的另一個工程專案是與大學學生一起開發能整合至立方衛星(CubeSats)的雷射通訊系統,立方衛星是由多個長寬高各約10公分、重量低於1公斤的立方體所組成,除了尺寸與重量規格,也需要符合應用於太空的其他需求。

你能談談參與專業社群的情況嗎?

我是IEEE、國際光學工程學會(SPIE)、美國物理學會(APS)、美國真空學會(American Vacuum Society,AVS)等組織的成員,這讓我能在一些會議上與專業領域中的同業們交流。在IEEE,我志願擔任阿拉巴馬分會的秘書;這個角色需要準備並發送公告給阿拉巴中心區域的IEEE成員,還有維護/製作分會的活動與會議紀錄。參與IEEE讓我能遇見在不同工作崗位上、年齡橫跨數個世代、來自全美眾多電子工程師,與他們建立人脈。

你的近期生涯規劃方向是?

我可能還是會繼續待在學界,教書並與學生一起投入研究以解決工程問題;我預期我的研究興趣會慢慢轉向更多工程系統,在基礎研究會稍微少一點點。但我從實驗性研究學到的經驗是,結果幾乎都不會如人們所期望。

你會如何鼓勵年輕人投入工程領域?

對事物的運作原理保持好奇心,對持續學習保持渴望。許多我們現在日常習慣使用且需要的東西,例如手機、電腦、網際網路與電視機等等,都是工程師開發出來的產品,如果他們能做得到,你也可以。還有別害怕詢問任何一位工程師他們正在做的事情以及原因,找一個好導師。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Interview with Dr. Patrick Kung,本文原刊於EDN姊妹刊,ASPENCORE旗下網站EEWeb)