突破二維半導體檢測關鍵 臺灣發表臨場剖面掃描顯微檢測技術

臺灣大學物理學系邱雅萍教授團隊，16日在國科會舉行記者會，發展其首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」。該技術與師範大學物理學系藍彥文教授、林文欽教授，及新加坡國立大學李連忠教授合作，在先進二維半導體電晶體運作狀態下，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，為電晶體微縮潛力提供關鍵實驗證據，研究成果已於2026年7月1日正式發表於《自然》(Nature)期刊中。

二維半導體是厚度僅有單原子至數層原子等級的奈米薄片材料，如二硫化鉬（MoS?）和二硒化鎢（WSe?）等過渡金屬硫族化合物。邱雅萍教授表示，二維半導體是後摩爾時代晶片持續微縮的關鍵材料，但電晶體能否持續微縮，金屬接觸區的品質至關重要。電子轉移長度直接決定接觸電阻大小與電子注入效率，過去因缺乏直接的次奈米級實驗佐證，只能依賴無法完全適用於二維半導體的傳統理論模型。

然而模型推論的精準差異甚大，難以決斷出真正高效的解決方案。對此，邱雅萍教授運用其深耕近20年的顯微鏡量測技術，並成功將臨場操作偏壓功能整合至量測系統中。透過以半金屬鉍(Bi)接觸單層二硫化鉬(MoS?)電晶體為平台，在超高真空環境中施加偏壓，如同在接觸邊緣架設原子尺度的攝影機。讓研究人員首次能在元件實際運作時，直接觀察電子穿越接觸邊緣的傳輸行為，並精確量測有效注入的長度。

此研究成果首度在原子級空間解析度下確認，二維半導體接觸工程具備支援次世代奈米技術節點的實質可行性，不僅提供鑑別不同材料組合優劣的直接實驗依據，更有助於產業界縮短從研發到製程整合的驗證週期。

此外，團隊已將此技術成功延伸應用至絕緣層上矽（Silicon on Insulator, SOI）元件，證明該檢測技術具備作為各類先進半導體通用分析平台的潛力。

邱雅萍教授指出，此元件的量測流程需要針對目標進行劈裂的動作，但此步驟的難度極高，團隊經過多次的實驗後，已能掌握關鍵的操作經驗，目前已大幅提升成功率；另一方面，此平台的量測數據取得目前幾已導入自動化流程，也更有利於後續的數據研究和分析。

目前全球次世代半導體技術研發路線中，二維半導體已佔據主流的位置，因此若能率先掌握關鍵的量測設備技術，將有助台灣持續保持半導體技術的領先地位。而負責元件平台設計與製作的師範大學物理學系藍彥文教授則表示，團隊在二維半導體相關技術的研究已超過五年，未來也將持續相關技術的投入，同時也會與產業界結合，加速商業化量產的時程。

圖一 : 實際元件檢測平台樣品

圖二 : 鉍(Bi)單層二硫化鉬(MoS?)電晶體元件

圖三 : 左4起）臺大學研發長吳忠幟教授、新加坡國立大學李連忠教授、國科會自然處賴明治處長、臺大學物理系邱雅萍教授、師範大學物理系藍彥文教授、林文欽教授。