揭示次世代電晶體微縮關鍵 臺灣團隊首創「臨場顯微半導體檢測技術」

記者黃仁杰／台北報導

國科會長期布局後摩爾時代半導體關鍵技術，透過「Å世代前瞻半導體技術專案計畫」支持次世代元件與檢測技術研發。國立臺灣大學物理學系教授邱雅萍團隊首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」，首次在二維半導體電晶體實際運作時，以原子級空間解析度直接量測金屬與半導體接觸邊緣的電子轉移長度。研究成果已於2026年7月1日刊登於國際期刊《自然》（Nature）。

隨著人工智慧、資料中心及行動裝置對高效能、低功耗晶片的需求升高，電晶體能否持續微縮，成為半導體產業的重要課題。原子級厚度的二維半導體具有良好的閘極控制能力，被視為延續先進邏輯元件微縮的候選材料，但元件效能除了受到通道長度影響，金屬電極與半導體之間的接觸品質同樣是關鍵。

其中，「電子轉移長度」代表電子從金屬電極注入半導體通道所需的有效距離，會直接影響接觸電阻、電流輸出與能耗。然而，過去這項物理量多半只能透過理論模型推估，難以直接呈現接觸界面的真實電子傳輸情形。

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研究團隊在臺灣深耕近20年的剖面掃描顯微技術基礎上，將偏壓操作功能整合至量測系統，使研究人員能在電晶體實際通電運作時，直接觀察接觸邊緣的電子分布。這項技術如同在元件內部架設一部原子尺度攝影機，讓原本只能依靠模擬推估的電子注入距離，首次能透過實驗直接驗證。

團隊以半金屬鉍接觸單層二硫化鉬電晶體進行測試，在超高真空環境中切開元件剖面，同時施加操作偏壓，量測接觸區附近的電子空間分布變化。研究結果證明，二維半導體的接觸工程具有支援次世代奈米元件微縮的潛力。

此成果也提供產業更直接的材料篩選及接觸品質鑑定方法，可用於比較不同金屬與半導體材料組合，降低對理論模擬的依賴，並有助縮短元件從研發到製程整合的驗證時間。

此外，團隊已將這套量測方法延伸至絕緣層上矽元件，顯示其不只適用於二維材料，也有望成為分析各類先進半導體元件接觸特性的通用平台。隨著電晶體尺寸持續縮小，這項直接觀察接觸界面電子傳輸的能力，未來可能成為突破元件效能瓶頸的重要檢測工具。

研究由臺灣團隊主導，並與國立臺灣師範大學教授藍彥文、新加坡國立大學教授李連忠團隊合作，整合材料、元件製作、原子級量測及理論分析，展現臺灣在先進半導體量測與界面物理研究上的自主研發能力。