積體電路製程重大突破 台團隊研究登國際期刊
【大紀元2018年11月21日訊】（大紀元記者鍾元台北報導）台灣國立成大物理系教授吳忠
霖與同步輻射研究中心陳家浩博士所組成的研究團隊，研發出僅有單原子層厚度、約0.7
奈米，且具優異邏輯開關特性的二硒化鎢（WSe2）二極體，並在自然通訊雜誌上發表成果
。
半導體技術蓬勃發展，即將面臨積體電路微縮化的三奈米製程極限，因此科學家除改善積
體電路中電晶體的基本架構外，也積極尋找具有優異物理特性且能微縮至原子尺度（<1奈
米）的電晶體材料。
中華民國科技部、國立成功大學、與國家同步輻射研究中心的支持下，台灣團隊在積體電
路研發上有重大突破。學者找到0.7奈米電晶體材料，此二維單原子層二極體的誕生，更
加輕薄，效率更高，除了可超越「摩爾定律」進行後矽時代電子元件的開發，以追求元件
成本/耗能/速度最佳化的產業價值外，並可滿足未來人工智慧晶片與機器學習所需大量計
算效能的需求。
二維材料具有許多獨特的物理與化學性質，科學家相信這些性質能為計算機和通信等多方
領域帶來革命性衝擊。其中與石墨烯（Graphene）同屬二維材料的二硒化鎢，是一種過渡
金屬二硫族化合物（Transition Metal Dichalcogenides, 簡稱TMDs）。
研究團隊表示，二硒化鎢能夠在單化合原子層的厚度（約0.7奈米）內展現絕佳的半導體
傳輸特性，相比以往的傳統矽半導體材料，除了厚度上已超越三奈米的製程極限外，可完
全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。
研究團隊利用同時兼具高亮度/高能量解析/高顯微力的台灣「三高」同步輻射光源，成功
觀察到可以利用乘載二維材料的鐵酸鉍（BiFeO3）鐵電氧化物基板，能有效地在奈米尺度
下改變單原子層二硒化鎢半導體不同區域的電性。吳忠霖教授表示，相較以往只能利用元
素參雜或加電壓電極等改變電性的方式，本研究無需金屬電極的加入，為極重大的突破。
這項研究利用單層二硒化鎢半導體，與鐵酸鉍氧化物所組成的二維復合材料，展示了調控
二維材料電性無需金屬電極的加入，就能打開和關閉電流以產生1和0的邏輯訊號，這樣能
大幅降低電路製程與設計的複雜度，以避免短路、漏電、或互相干擾的情況產生。此外，
由於二維材料的厚度極薄，能如同現今先進的晶圓3D堆疊技術一樣，透過堆疊不同類型的
二維材料展現不同的功能性。
研究團隊說，透過這項研究成果，未來若能將此微縮到極限的單原子層二極體組合成各種
積體電路，由於負責運算的傳輸電子被限定在單原子層內，因此能大幅地降低干擾並能增
加運算速度，預期可超過現今電腦的千倍、萬倍，而且所需的能量極少，大量運算時也不
會耗費太多能量達到節能的效果。
科技部表示，這項研究成果將對數位科技發展帶來重大的影響，也許手機充電一次就能連
續使用一個月，而以現階段積極發展的自動駕駛汽車來說，如果所有的感測、運算速度都
比現在快上千、萬倍，行駛霹靂車再也不是夢想。
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