(台北內科週報第746期/2026年8月10日-2026年8月16日)
【產學政研連線】在今日,手機、電腦,甚至未來的AI智慧裝置,都需要運算速度更快、耗電更低的半導體晶片。然而,傳統矽半導體技術,已逐漸逼近物理極限。為了解決這個問題,全世界的科學家都在尋找下一代的半導體材料,而「2維半導體」因為薄到只有原子級厚度,被視為延續摩爾定律,讓晶片持續微縮與提升效能的重要關鍵。
目前,陽明交通大學電子物理系/中研院應用科學研究中心張文豪教授團隊,攜手台積電Iuliana Radu博士團隊及陽明交通大學半導體工程學系李宗恩教授,針對2維半導體長期以來面臨的「介面問題」提出解決方案,成功開發出高效能的單層二硫化鉬(MoS2)頂閘極電晶體;這項突破性成果更登上國際頂尖期刊《Nature Electronics》。

2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1項關鍵挑戰,亦即為了控制電流,必須在上面鋪1層超薄的「閘極介電層」。這就像要在超薄的紙上再鋪上1層膜,很容易在過程中破壞到紙張表面。同時,這也將導致電子傳輸受阻(電子散射),使得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。而臺灣產學研團隊的創新之處,並不是去尋找另1種新材料,卻是利用「磊晶介面工程」(epitaxial interface engineering),重新設計了這層「膜」的結構。
集3個研究團隊之長,他們利用超高真空技術,先在單層MoS2表面精準鋪上1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。而這個只有原子級厚度的完美介面,不僅大幅提升2維半導體與介電層之間的品質,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2維半導體元件邁向實際應用的重要潛力。

