1nm制程有新突破！台大携台积电、MIT研发二维材料＋铋超越硅极限

近日，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1nm以下的艰巨挑战；且这项研究已于“自然”（Nature）杂志公开发表。

目前硅基半导体主流制程，已进展至5nm及3nm节点，晶体管所能微缩的尺寸，也将逼近半导体主流材料硅的物理极限，芯片效能将难以再逐年提升。

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的材料。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纳米尺寸，终于获得这项突破性的研究成果。

这项合作自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称，这项研究发现，在使用铋为接触电极的关键结构后，二维材料晶体管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，但该成果能替下一代芯片提供省电、高性能等绝佳条件，未来可望投入人工智能、电动车、疾病预测等新兴科技的应用中，民众都能受惠。

博士沉品均则指出，过去半导体使用三维材料，物理特性与元件结构发展到3nm节点，这次研究改用二维材料，厚度可小于1nm（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。