清大及中兴团队研发电晶体 引领半导体技术创新

清大及中兴团队成功开发出新颖的双模式二维电子元件。（国科会提供／林志成台北传真）

在国科会支持下，清华大学电子所博士蔡孟宇、研发长邱博文、中兴大学物理系教授林彦甫和资工系教授吴俊霖等共同组成的研究团队，成功开发出新颖的双模式二维电子元件，不仅突破了传统矽晶圆的物理限制，还为高效能计算和半导体制程简化开启了新的方向。这项重要的研究成果已在2023年9月发表于国际知名学术期刊《自然电子》。

这项电子元件的最大关键突破在于实现「记忆体」和「电晶体」两种模式之间功能自由切换的可行性，这就像是同一个装置可以在需要时变成存储装置或是处理数据的工具。

研究团队表示，「光」在这里扮演了一个关键角色，就像是启动元件功能的「钥匙」。当光照射到这种元件时，它就像被「解锁」一般，元件随即切换到「记忆体模式」，在这种模式下，它能够动态地调整电荷的属性和集中度，即可存储数据。而在没有光照射的情况下，元件则保持在「电晶体模式」，就像是被「上锁」一般，能够维持稳定的开关运算功能。

这种突破性架构的提出，首次使电子元件赋予多重模态灵活切换的可行性成真，因为可以快速切换应用，在处理复杂的计算和储存功能更有效率。

研究团队指出，这种创新元件的结构非常独特，建立在传统二氧化矽基板之上，并堆叠二维凡德瓦异质结构所组成，主要核心材料包含二维双极性半导体(二硒化铼)以及二维绝缘体(六方氮化硼)。这使得光能够诱导二硒化铼生成大量的电子-电洞对，并使其中一方的载子(电子或电洞)注入到六方氮化硼与二氧化矽基板之间的介面，从而实现电荷极性操控与存储的功能。

研究团队说，这种在光控制下的电子元件，不仅可以在记忆体和电晶体模式之间灵活切换，还为新一代电路集成设计与神经网络应用提供巨大的潜力。这项研究未来将有机会利用大面积阵列化应用于半导体制程中，实现制程简化与效能提升，并且有望一举突破半导体微缩化的瓶颈限制。