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我國半導體材料瓶頸重大突破 台灣跨國團隊成果榮登國際《科學》期刊

大成報/ 2015.08.03 00:00
【大成報記者羅蔚舟/新竹報導】

克服製程微縮的難題並使材料創新,是帶領半導體產業進入下一個新世代的關鍵。科技部「物理學門」及「尖端晶體材料開發及製作計畫」的大力支持下,由台籍科學家李連忠博士(前中研院研究員)組成的跨國研究團隊,發展出單層二硫化鉬及單層二硒化鎢的完美P-N接面,可望進一步成功解決半導體元件製備的關鍵問題,未來並可廣泛應用於極度微小化的電子元件,該項研究成果發表於最新一期國際頂尖期刊《SCIENCE》中。

目前國際半導體大廠如Intel、台積電及三星等廠商最小元件技術大約落在7至10奈米 (Technology Nodes)之間,因此,如何克服製程微縮的難題並使材料創新,是帶領半導體產業進入下一個新世代的關鍵。二硫化鉬是繼石墨烯之後,備受國際科學家關注的層狀材料,單層的二硫化鉬具有良好發光效率,以及極佳的電子遷移率(可快速反應)與高開關比(電晶體較穩定),可用於未來新型低耗能邏輯電路,極有可能取代目前使用的矽晶片做為下一世代的主要核心元件。

李連忠博士於2012年領先全球率先利用化學氣相沈積法製備出高品質二硫化鉬單層單晶,該成果確認了化學氣相沈積法技術的可靠性,並為二硫化鉬及相關的無機二維材料電子學研究及應用奠定了材料基礎,被公認為是繼石墨烯之後,二維材料領域的重大突破,將有助於二硫化鉬等材料未來應用於2奈米半導體製程技術之中。這項計畫是一跨國大規模合作計畫,成員包括我國、沙烏地阿拉伯、日本。

這次發表的第一作者李明洋博士表示,一般的電子與光電元件,如電晶體、二極體、半導體雷射、光偵測器等都含有三維的P-N接面,N型半導體與P型半導體兩者相連之接觸面稱為P-N接面,是半導體電子元件中的最基本單元。經過數十年的研究發展,目前已廣泛應用於日常生活中,包括LED照明、醫學、3C產品等;但是更低維度的二維單原子層的完美P-N 接面則遲遲未有進展,這項研究首次報導如何有效控制二維接面的成長,不僅提供科學家新的基礎研究平台,而其極輕薄透明的特性,極有潛力能應用於未來低耗能軟性電子與穿戴式電子元件中。

我國半導體材料瓶頸重大突破,主要是透過科技部「物理學門」及「尖端晶體材料開發及製作計畫」的大力支持,這項研究才能有重大突破。據悉,其他領先國際的旗艦型計也持續進行中,期待在不久的將來會有突破性的成果發表;這個成功的模式說明了長期穩定地支持基礎研究,在國內產業發展突破關鍵技術上扮演了重要的角色。

(圖由科技部提供/在科技部大力支持下,由台籍科學家李連忠博士組成的跨國研究團隊,發展出單層二硫化鉬及單層二硒化鎢的完美P-N接面,並發表於最新一期國際頂尖期刊《SCIENCE》中。)

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