台大跨國二維材料研究 有助半導體產業邁向1奈米

台大與台積電、美國麻省理工學院合作研究發現二維材料結合半金屬鉍能達極低電阻,接近量子極限,有助實現半導體達1奈米以下製程挑戰,已發表於國際期刊「自然」(Nature)。

目前半導體主流製程進展到5奈米和3奈米,晶片單位面積能容納的電晶體數目,已將逼近半導體主流材料「矽」的物理極限,近年科學界積極尋找能取代矽的二維材料,挑戰1奈米以下的製程,卻苦於無法解決二維材料高電阻及低電流等問題。

台大今天發出新聞稿,由電機系暨光電所教授吳志毅等人,與台灣積體電路、美國麻省理工學院等單位合作的研究,可望挑戰物理極限,有助實現半導體1奈米以下的艱鉅挑戰。

這項研究先由麻省理工團隊發現在二維材料上搭配半金屬鉍(Bi)的電極,能大幅降低電阻並提高傳輸電流。隨後由台積電技術研究部門將鉍沉積製程優化,台大團隊則運用氦離子束微影系統(Helium-ion beam lithography)將元件通道成功縮小到奈米尺寸,共同獲得突破性的研究成果。

吳志毅解釋,使用鉍為接觸電極的關鍵結構後,二維材料電晶體的效能不但與矽基半導體相當,又有潛力與目前主流的矽基製程技術相容。雖然目前還處於研究階段,但此成果能替下世代晶片提供省電、高速等絕佳條件,可望投入人工智慧、電動車、疾病預測等新興科技的應用中。

吳志毅表示,這次國際合作的前瞻性研究,大學實扮演非常重要的角色。完成的氦離子束微影系統,現放置於台大電機二館,機器設備投入資金高達數千萬元,全台灣僅此一座。研究團隊也感謝科技部與台積電的支持,也非常樂意將研究成果回饋給國內產界。未來若能取得商用突破,將有助國內半導體及科技供應鏈,繼續維持全球的領先地位。

台大指出,這項跨國合作於2019年展開,兩名主要參與研究論文發表的年輕博士,都曾是台大光電所碩士生,其中美國麻省理工學院畢業的沈品均,為論文的第一作者與通訊作者。台大光電所教授吳志毅、博士周昂昇參與研究為論文的共同作者。

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