流行文化
The Art of Segovia, 1/2
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【摘要2022.4.25.一.自由】荷蘭以運河、自由的態度和自行車文化而聞名，不過它同時擁有可能是世界上最重要的公司，對於沉迷於高科技的經濟體來說，它的消失將是毀滅性的，那就是全球最大晶片光刻機供應商艾司摩爾（ASML）。
艾司摩爾總部位於荷蘭小鎮Veldhoven，該公司製造地球上生產最先進半導體所需的設備。1984年艾司摩爾從醫療機器、衛生保健大廠飛利浦（Philips）獨立出來，規模僅有百餘人，迄今發展成全球最大晶片微影設備市場的翹楚，擁有的是獨步全世界的技術。
艾司摩爾主要生產大規模積體電路的核心裝置光刻機，在世界同類產品中有90％的市占率、在14奈米製程以下有100％的市占率，從個人電腦、智慧手機、數據中心、網絡設備等產品生產尖端處理器的半導體製造商，都與艾司摩爾脫離不了關係。
2008年，艾司摩爾成為世界第2大半導體設備商，2011年超越美商應用材料（Applied
Materials）成為世界第一大半導體裝置商，目前全球前十大半導體企業都是他們家的客戶。
目前艾司摩爾是全球唯一一家，可以向三星和台積電等晶片製造商，銷售極紫外光刻機（EUV）微影技術光刻機的公司，日本的尼康（Nikon）與佳能（Canon）曾經壟斷全球曝光機市場，但在敗陣於艾司摩爾後，對EUV設備的研發裹足不前，目前僅有深紫外光（DUV）光刻機。
EUV技術發展曾面臨不斷的失敗及外界質疑，但在業界努力下，如今EUV技術發展逐漸達到商用化地步，起初，在英特爾、三星、台積電等晶片巨頭的推動下，帶動艾司摩爾的股價上漲，EUV的需求也大幅的成長。
去年艾司摩爾收入增長了近三分之一，達到約186億歐元（212
億美元），淨收入飆升64%，達到59億歐元（67
億美元）。根據該公司年度報告，去年在全球售出309台光刻機系統，其中包括42台頂級EUV，比2020年多出51台。
但艾司摩爾在關鍵領域的壟斷地位也使其處於尷尬境地。近幾年中國積極推動本土半導體產業發展，美國為斷除中國發展先進半導體產業生路，2021年7月拜登政府施壓荷蘭，要求艾司摩爾不准賣光刻機給中國半導體企業。
《華爾街日報》指出，拜登政府出於國家安全考慮，延續了川普的政策，與荷蘭政府取得聯繫，要求荷蘭政府限制對中國出口艾司摩爾的EUV，因這台機器極具戰略價值。
報導指出，中國希望能為國內晶片製造商提供這台價值1.5億美元的EUV，使華為和其他中國半導體企業可以減少對外國供應商的依賴。因此，北京一直向荷蘭政府施壓，中國官員更經常詢問荷蘭官員為什麼不放行艾司摩爾EUV的出口許可。為什麼中國會如此想得到光刻機？
近年來中國不斷想推動科技產業，不過目前中國技術擁有的28奈米與最先進製程的14奈米，另外可小規模生產N+1奈米晶片，但老早就被其他半導體產業甩在後頭，如台積電及三星目前都已開始量產7奈米晶片，甚至是研發3奈米。
在美、中兩國不斷向荷蘭政府施壓下，荷蘭政府最後導向美國，扣留艾司摩爾向中國兜售EUV的出口許可，迄今為止，艾司摩爾沒有出口任何一台EUV給中國。
中國想當搶當半導體龍頭的夢還有很常一段路要走，目前想生產7奈米以下先進製程晶片，就必須有艾司摩爾的EUV協助，但目前中國企業無法購買EUV，這點一直是中國半導體產業的痛。
為此，中國科技和半導體企業設法迂迴避開美國的禁令，尋找生路，傳出將與日本Nikon、Canon共同研發EUV之外的光刻機設備，不過不只外界不看好，就連艾司摩爾執行長溫彼得（Peter
Wennink）都表示：「如果中國要嘗試獨立開發頂尖的光刻機技術，至少需要10年才能做得到。」
由於艾司摩爾是全球最大晶片光刻機供應商，加上市場預期預計今年晶片銷量將達到4277億片，半導體製造商積極擴大產能，搶購新設備，也因此艾司摩爾的訂單爆增，不過由於需求激增，擴產需要時間，今年僅能交貨60%DUV之外，預期明、後2年都會出現供貨短缺。
半導體製造設備的交貨時間大幅拉長，從疫情爆發前2019年的平均約3至4個月，增至去年的10至12個月。業界人士指出，半導體製造設備交貨時間延宕，是數十年來最嚴重，主要因為關鍵零組件短缺和整個供應鏈的物流延宕。
溫彼得指出，客戶的需求高於目前的生產能力，正積極與供應鏈夥伴一起合作，大幅擴增產能。另外考量市場需求和擴產計畫，預計將重新審視、於下半年更新2025年的情境和未來的成長機會預估。
美國經濟史學家米勒（Chris
Miller）這麼形容艾司摩爾：「艾司摩爾壟斷了EUV的製造，這個機器製造出許多最先進的處理器晶片，而他們的機器又很難被複製，因為每一台的構造都相當的複雜。」
研究公司貝恩（Bain）半導體分析師彼得漢伯里（Peter
Hanbury）則表示：「艾司摩爾絕對是整個半導體生態系統的基礎，與台積電一樣重要。」
鋰電池價值鏈成明日之星【摘要2022.4.25.一.自由】鋰離子電池商業化迄今30年，每年數以億計的手機、筆電等3C產品，加上電動車、綠能儲能等新興需求，推升鋰電池市場爆炸性成長。
而鋰電池從材料、電池芯到電池組，進入各式產品，到功成身退的汰役電池降階使用，或報廢萃出有價材料，「從搖籃到搖籃」的循環經濟價值鏈，有機會成為下世代含金量最高的明星產業。
西元前6世紀，希臘學者發現靜電後，人類自此識得「電的存在」，直到17世紀才知「用電」。1745年荷蘭發明的萊頓瓶（Leyden
Jar）是第一個儲存靜電的裝置，以今天的標準來看，它僅是一次性放電的電容而非電池，卻開啟了電池技術的演進。
從19世紀的碳鋅電池、鉛酸電池，到索尼（SONY）於1991年成功開發出的第一顆商用鋰離子電池，電池體積大幅縮小、續航力更強，也讓筆電、手機等3C產品更輕薄，一躍成為全球主流的儲能裝置。
鋰離子電池成為今日數位生活的要角，其發展過程並非一夕到位，而是經過幾個階段的改良。1970年代爆發石油危機，全球開始對電動車產生興趣，大型工業實驗室紛紛投入電池技術研發，以解決主流鉛酸電池續航力不佳的問題。
埃克森實驗室的研究員威廷漢（Stan
Whittingham）研發出採用鋰金屬為負極、二硫化鈦為正極的鋰電池，離子流動效果意外良好，可惜這種鋰金屬電池無法重複充放電，且有著易燃的缺點。
隨著石油危機告終，加上1980年代一宗鋰金屬電池導致手機燃燒事件，鋰金屬電池自此被打入冷宮。科學界仍鍥而不捨，持續改良，美國學者古德納（John
Goodenough）以鈷酸鋰（鋰鈷）取代二硫化鈦，發現能夠儲存更多能量；日本學者吉野彰（Akira
Yoshino）進一步將負極的純鋰更換為焦炭，終於讓鋰電池的易燃風險降低，性能依舊良好。為表彰鋰電池於人類生活的貢獻，2019年的諾貝爾化學獎，將桂冠頒給了在鋰離子電池的演進上貢獻卓著的三位學者：威廷漢、古德納、吉野彰。
此後，鋰離子的正負極材料仍不斷演進，1990年代的第一代鋰離子電池採用鈷酸鋰（鋰鈷LiCoO2）、錳酸鋰（鋰鈷LiMn2O4）等為正極，以碳／石墨為負極；
2005年低鎳鋰三元正極電池問世，應用於電動車；
2018年負極也在石墨中添加了矽氧碳等。
2010年商用磷酸鋰鐵（LiMPO4）電池問世，壽命更長、電壓更高；
2008年特斯拉採用鋰鎳鈷鋁正極的鋰電池在其第一款電動車Roadster上面；
2016年開始高鎳鋰三元正極被商業化應用，藉由提高鎳含量到80%，降低鈷含量到10%，不但增加正極材料電容量，也大幅提高電池的能量密度，並用於特斯拉電動車與儲能系統。
隨著電動車普及、再生能源、智慧電網等應用推陳出新，鋰電池在能量密度、循環壽命、續航力、成本、安全等面向都須滿足更高規格的要求，也因此從汽車大廠、工業集團到新創公司，正全力投入下世代電池的研發。
工研院材料與化工研究所儲能材料及技術研究組組長陳金銘表示，下世代電池需求主要有兩大面向，
一是定置式儲能，如家庭、工商、電網的儲能系統；
二是移動式儲能，如電動車、電動機車、電動巴士等，其中又以電動車的爆發力最強、商機最大。
以鋰離子電池技術而言，每回技術的躍進，意味著成本的降低，國際能源總署（IEA）估算，2020年車用鋰離子電池組每度電成本約105美元，較10年前大降9成，到了2030年，每度電將進一步降至70美元，成本優勢已與燃油車相近，鋰電池將在運輸電氣化的過程中，扮演關鍵推手。
「鋰離子電池應用日趨多元，前景固然看好，但也存在著挑戰和限制，」陳金銘說，傳統鋰離子電池的能量密度有其上限，要再進一步提升，必須使用鋰金屬取代石墨做為負極。然而，鋰金屬在液態電解液進行電池充放過程中會生成鋰枝晶（Lithium
Dendrite），穿過隔離膜觸及正極，易造成電池短路甚至爆炸。此外，鋰離子電池的電解液是液態有機溶劑，容易被火苗點燃導致安全問題；隨著充放電次數增加，電池壽命也深受影響。
在這樣的限制之下，固態電池就成了儲能領域的新希望。所謂的固態電池，即以固態電解質來取代液態電解液，增加高能量電池的安全性，使得固態電池能量密度達450∼500Wh/kg，是傳統鋰離子電池的能量密度180（鋰鐵電池）∼250Wh/kg（鋰三元電池）的2倍，並同時兼具高安全性與不漏液的優點，固態電解質可抑制材料反應，不易燃燒、並可延長電池壽命；固態電池較輕，相同電容量的固態電池，重量僅為鋰離子電池的一半。
由於電池技術將是未來電動車勝出的最大關鍵，固態電池新創公司包括Quantum
Scape、SES、Solid
Power、Factorial Energy紛紛獲得各大主要車廠，如賓士、BMW、福特、福斯汽車等的投資；而日本豐田（TOYOTA）、日產（Nissan）則是選擇自行投入固態電池研發，豐田更發出豪語，將在2025年推出搭載固態電池的車款。
在追逐更高性能的下世代電池的同時，一場鋰電池「從搖籃到搖籃」的科技也正在發展中。彭博財經社預估，到2040年，全球三分之二的車輛是電動車，每部車搭載的電池系統，內含數百乃至上千個鋰電池芯，一旦電池續電力不足，或車輛報廢，所產生的鋰電池廢棄物可說是相當可觀。為解決廢棄鋰電池造成的環境問題，減少生產鋰電池所需的能資源耗用，鋰電池的回收再利用，可說是淨零碳排不可或缺的一環。
為協助國內產業爭取下世代電池商機，工研院持續精進鋰離子電池材料，投入固態電池研發，採用特殊樹脂化合物的固態電池獲得2020年全球百大科技研發獎（R&D
100 Awards）肯定；在鋰電池回收與處理技術方面，工研院也開發出電池降階回用的解決方案，運用人工智慧控制放電負載，讓汰役的不同性能電池模組，有效組合成儲能系統；此外，針對報廢鋰電池，也開發出濕法提煉技術，將有價金屬回收再利用。
鋰電池解除了定置供電的束縛，造就30年來無所不在的數位生活，未來在科技持續精進下，還有機會讓人類從化石燃料的世界解放出來，邁向淨零碳排的願景。在此之前，我們必須建立鋰電池從生產、廢棄到再生的綠色循環，讓鋰電池的前世與今生，與人類的永續發展一樣，生生不息。（本文轉載自工業技術與資訊月刊）
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