國科會支持次世代半導體技術研發 台灣團隊突破二維半導體介面瓶頸

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國科會「Å世代前瞻半導體專案計畫」及「晶創臺灣-次世代半導體材料與元件整合關鍵技術」計畫支持下，陽明交大、台積電研究團隊針對二維半導體長期以來面臨的「介面問題」提出解決方案，6日宣布成功開發出高效能的單層二硫化鉬(MoS 2 )頂閘極電晶體。

這項創新技術由陽明交大電子物理系教授/中研院應用科學研究中心張文豪團隊，攜手台積電Iuliana Radu博士團隊及陽明交大半導體工程學系教授李宗恩共同合作，結合中研院、台大及國研院國儀中心研發能量，突破性成果已登上國際頂尖期刊《Nature Electronics》。

為了解決摩爾定律物理極限，全世界的科學家都在尋找下一代半導體材料，其中「二維半導體」因為薄到只有原子級厚度，被視為晶片持續微縮與提升效能的重要關鍵。

張文豪說明，未來二維半導體真正的競爭，不只是材料，而是介面工程。這項技術最大的價值，是建立可廣泛應用於不同二維半導體材料的平台技術。未來可望發展出更高速、更低功耗的電子元件，並與現有的半導體製程完美結合，為「後矽時代」的晶片技術奠定重要基礎，也再次展現台灣在次世代半導體領域的創新實力與國際競爭力。

國科會表示，二維半導體雖有極致薄的優勢，但要讓它真正在晶片裡發揮作用，仍面臨一項關鍵挑戰：為了控制電流，必須在上面鋪一層超薄的「閘極介電層」。

研究團隊指出，這就像在超薄的紙上再鋪上一層膜，很容易在過程中破壞到紙張表面，導致電子傳輸受阻(電子散射)，元件效能受到嚴重影響。因此，如何兼顧超薄結構與高速電子傳輸，一直是國際半導體界難以跨越的高牆。

國科會強調，台灣產學研團隊創新之處，不是尋找另一種新材料，而是利用「磊晶介面工程」(epitaxial interface engineering)，重新設計了這層「膜」的結構。

研究團隊利用超高真空技術，先在單層二硫化鉬表面精準鋪上一層超薄的鋁，再經氧化形成厚度僅約0.42奈米的氧化鋁層，作為後續材料生長的高品質基底。

研究團隊說明，這個只有原子級厚度的完美介面，不僅大幅提升二維半導體與介電層間的品質，更有效降低電子傳輸阻礙，成功兼顧「超薄」與「跨導」兩項關鍵特性。利用這項技術，團隊製作出的電晶體，在極小的尺寸下展現全球領先的跨導表現，同時具備極低漏電流與優異操作穩定性，展現二維半導體元件邁向實際應用的重要潛力。

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