1 奈米製程有新突破！台大携台积电、MIT 研发二维材料＋铋超越硅极限

半导体产业持续朝先进製程迈进，不断追求精密细小的极限挑战，以延续摩尔定律。为此，台大携手台积电、美国麻省理工学院（MIT），研究发现二维材料结合半金属铋（Bi）能达到极低的电阻，接近量子极限，有助于实现半导体 1 奈米以下的艰鉅挑战；且这项研究已于"自然期刊（Nature）"公开发表。

目前硅基半导体主流製程，已进展至 5 奈米及 3 奈米节点，晶片单位面积能容纳的电晶体数目，也将逼近半导体主流材料"硅"的物理极限，晶片效能无法再逐年显着提升。

因此，随着硅基半导体已逼近物理极限时，全球科学界都在积极寻找其他的可能材料；而一直以来科学界都对二维材料寄予厚望，却苦于无法解决二维材料高电阻、及低电流等问题，以至于取代硅成为新兴半导体材料一事，始终是"只闻楼梯响"。

为此，台大联手台积电、MIT 共同研究，首先由 MIT 团队发现在二维材料搭配半金属铋的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流；随后台积电技术研究部门（Corporate Research）将铋沉积製程进行优化，台大团队并运用氦离子束微影系统（Helium-ion beam lithography）将元件通道成功缩小至奈米尺寸，终于获得这项突破性的研究成果。

这项跨国合作自 2019 年展开，合作时间长达一年半，包括台大、台积电、麻省理工学院等皆投入研究人力，共同为半导体产业开创新路。

台大电机系暨光电所吴志毅教授说明，这项研究发现，在使用铋为接触电极的关键结构后，二维材料电晶体的效能不但与硅基半导体相当，又有潜力与目前主流的硅基製程技术相容，实有助于未来突破摩尔定律的极限。虽然目前还处于研究阶段，但该成果能替下世代晶片提供省电、高速等绝佳条件，未来可望投入人工智慧、电动车、疾病预测等新兴科技的应用中，民众都能受惠。

博士沈品均则指出，过去半导体使用三维材料，物理特性与元件结构发展到 3 奈米节点，这次研究改用二维材料，厚度可小于 1 奈米（1~3 层原子厚），更逼近固态半导体材料厚度的极限。而半金属铋的材料特性，能消除与二维半导体接面的能量障碍，且半金属铋沉积时，也不会破坏二维材料的原子结构。

（首图来源：台大）