台师大物理系开发创新铁电电晶体 引领半导体技术新浪潮

在国科会的支持下，台师大物理系团队发表超薄铁电电晶体，合影者左起为国研院台湾半导体研究中心李恺信研究员（左3）、台湾大学重点科技研究学院李敏鸿教授（左4）、国科会自然处罗梦凡处长（左5）、台师大学物理系蓝彦文教授（左6）、阳明交通大学电子物理系林俊良副教授（左7）、国研院台湾半导体研究中心梁伯维助理研究员（左8）。(国科会提供)

瞄准二维材料在半导体领域的巨大潜力，台湾师范大学物理系教授蓝彦文与陆亭桦两人组成联合研究团队，开发出基于二维材料二硫化钼的创新铁电电晶体(ST-3R MoS2 FeS-FET)，创造出仅有1.3奈米厚度及低操作电压的铁电材料半导体元件，解决传统铁电电晶体缩小尺寸、降低功耗的难题，未来可作为非挥发性记忆体及低功率电子元件应用，有望成为先进半导体技术核心。研究成果已于2023年11月底正式发表于国际知名学术期刊《自然电子》(Nature Electronics)。

铁电材料是个新兴的技术选项，它可以透过外加电场控制电偶极方向，进而达到储存资料的功能。铁电材料拥有极高的读写速度，并能够在断电情况下持续保存资料。

然而，在铁电电晶体的研发过程中，面临着众多挑战性的障碍与困难，传统铁电电晶体随着元件尺寸的减小，电偶极化出现了不稳定的现象，而且元件制程极其复杂等问题待解决。

因此，蓝彦文与陆亭桦携手阳明交通大学电子物理系副教授林俊良、成功大学物理学系教授陈宜君、台湾大学教授李敏鸿，以及台湾半导体研究中心组长李恺信等人组成联合研究团队，探索被预测具有铁电性的二维材料，开发出一种基于剪切转变的菱面堆积二硫化钼铁电电晶体 (ST-3R MoS2 FeS-FET)，该材料使用化学气相沉积(CVD)成长出拥有介面间铁电性的双层二硫化钼，借由成长过程中所建造出的可移动晶界产生双层介面间的滑移现象，表现出可翻转的垂直方向自发电极化。

研究团队发现，这种新兴的铁电电晶体元件展现出令人瞩目的低读写电压、快速读写和高稳定性，而且其制程步骤也采用了目前在工业界广泛应用的技术，展现出其与工业制程标准的高度相容性。

研究团队将这种将铁电二维材料作为场效电晶体，不仅在铁电材料领域取得了突破，还成功解决了尺寸缩小与功耗降低的双重难题，这对于超大型积体电路和数据存储应用非常重要。此超薄铁电晶体其因厚度仅2层二维材料原子，具低于3奈米(sub-3nm)技术节点中的关键技术潜力，为先进的半导体制程提供了理想的解决方案选项。