克服電晶體微縮極限 台研究登《自然》期刊

半導體是台灣命脈之一，科技部次長謝達斌17日表示，在科技部「尖端晶體材料開發及製作計畫」長期支持下，交大電子物理系教授張文豪的研究團隊與台積電合作，成功將高品質單晶的單原子絕緣材料與晶圓結合，克服微縮電晶體的極限，並榮登全球頂尖學術期刊《自然》（Nature）。

張文豪表示，為了提升半導體矽晶片的效能，積體電路中的電晶體尺寸不斷微縮，但目前即將達到傳統半導體材料的物理極限。厚度僅有0.7奈米的「二維原子層半導體材料」是目前已知解決電晶體微縮瓶頸的方案之一；然而，僅有原子層厚度二維半導體，如何使電子在其中傳輸而不受鄰近材料干擾就成為重要的關鍵技術。

只有一個原子厚度的單原子層氮化硼(boron nitride; BN)是目前自然界最薄的絕緣層，也是可以有效阻隔二維半導體不受鄰近材料干擾的重要材料。張文豪說明，單原子層氮化硼如果要運用在產業中，必須提升合成面積達到晶圓尺寸，但過去在技術上始終無法成功將高品質單晶的單原子層氮化硼與晶圓結合。

台積電技術主任陳則安指出，單晶是指單一的晶體整齊排列，單晶對於未來半導體結構比較有幫助，假設絕緣層不是單晶結構，中間會出現很多缺陷，電阻經過的時候就可能被影響，導致效能變差。然而，張文豪的交大研究團隊與台積電合作，成功開發出大面積晶圓尺寸的「單晶氮化硼」，並結合二維半導體，展示出優異的電晶體特性。

陳則安表示，過去科學界認為，銅上不太可能出現單晶生長，但團隊從基礎科學的角度出發，發現微米單位範圍內的氮化硼有同向生長的物理狀況，可排列出單一晶體；透過調整實驗參數和選擇材料，成功克服障礙，不但可以單晶生長，還能做到大面積二吋晶圓的尺寸，困難度相當於將人以小於0.5公尺的間距整齊排列在整個地球表面上。

科技部次長謝達斌表示，台灣科技產業的發展，必須有堅實的基礎科學研究作為後盾。此次台積電與交通大學的聯合研究成果，是國內產業與學校合作登上全球頂尖學術期刊《自然》的首例，對於產業與學校共同進行基礎研究具有指標性意義，也體現科技部「尖端晶體材料開發及製作計畫」初衷。◇