职场》台大偕台积电、麻省理工强强联手！　跨国研究登Nature

台大携手台积电、美国麻省理工学院进行的半导体研究成果，发表于国际期刊《Nature》，研究团队左起沈品均博士、吴志毅教授、周昂升博士。（图/台湾大学提供）

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台湾领先全球的半导体晶片产业，不断追求精密细小的极限挑战。随着矽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。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奈米以下的艰巨挑战。这项研究已于《自然》期刊(Nature)公开发表。

目前矽基半导体主流制程，已进展至五奈米及三奈米节点，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「矽」的物理极限，晶片效能无法再逐年显著提升。一直以来科学界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，以至于取代矽成为新兴半导体材料一事，始终是「只闻楼梯响」。

此次由台湾大学、台积电与麻省理工学院(MIT)共同发表的研究，首先由美国麻省理工团队发现在二维材料上搭配半金属铋(Bi)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(Bi)沉积制程进行优化，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。

台大电机系暨光电所吴志毅教授进一步说明，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矽基半导体相当，又有潜力与目前主流的矽基制程技术相容，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。

研究团队完成奈米尺度电晶体研究的氦离子束微影系统及配套环境（图/台湾大学提供）

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。其中，两名主要参与研究、论文发表的年轻博士，都曾是台大光电所硕士生。

美国麻省理工学院毕业的沈品均博士，为本论文的第一作者与通讯作者。沈品均博士表示，过去半导体使用三维材料，其物理特性与元件结构发展到了三奈米节点。这次研究改用二维材料，其厚度可小于一奈米(一到三层原子厚)，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。

而在台大，则由台大电机系暨光电所吴志毅教授、周昂升博士参与研究，分别为论文的共同作者。周昂升博士提到，台大团队于此研究中主要负责开发奈米级元件。能让台大和麻省理工有机会发展国际合作，台积电和科技部支持的产学大联盟计划功不可没。研究过程中，能和诸多顶尖学者交流；由于时差因素，双方无论信件或电话讨论，都是分秒必争。现在想起来，都是自己学术生涯中，非常宝贵的经验。

台积电长期和台大进行产学合作，台积电技术研究组织副处长暨台积电－台湾大学联合研发中心副主任林春荣表示，科学研究能够驱动产业发展，台积公司多年来致力研发、推动创新，并持续与全球知名大学合作。此次的研究成果再次体现了产学合作的重要性。

吴志毅教授最后有感而发地说，这次国际合作进行的前瞻性研究，大学实扮演非常重要的角色。完成最后研究的氦离子束微影系统，现放置于台大电机二馆，机器设备投入资金高达数千万元，全台湾仅此一座，台大由衷感谢科技部与台积电的支持；台大非常乐意将此次的研究成果，回馈给国内产业界。未来若能取得商用的突破，将有助国内半导体及科技供应链，继续维持全球的领先地位。