手機、電腦，甚至未來的AI智慧裝置，都需要運算速度更快、耗電更低的半導體晶片。然而，傳統矽半導體技術，已逐漸逼近物理極限。為了解決這個問題，全世界的科學家都在尋找下一代的半導體材料，而「二維半導體」因為薄到只有原子級厚度，被視為延續摩爾定律，讓晶片持續微縮與提升效能的重要關鍵。

陽明交通大學電子物理系/中研院應用科學研究中心張文豪教授團隊，攜手台積電Iuliana Radu博士團隊及陽明交通大學半導體工程學系李宗恩教授，針對二維半導體長期以來面臨的「介面問題」提出解決方案，成功開發出高效能的單層二硫化鉬(MoS2)頂閘極電晶體，這項突破性成果更登上國際頂尖期刊《Nature Electronics》。

二維半導體雖有極致薄的優勢，但要讓它真正在晶片裡發揮作用，仍面臨一項關鍵挑戰：為了控制電流，必須在上面鋪一層超薄的「閘極介電層」。這就像要在超薄的紙上再鋪上一層膜，很容易在過程中破壞到紙張表面，這將導致電子傳輸受阻(電子散射)，使得元件效能受到嚴重影響。因此，如何兼顧超薄結構與高速電子傳輸，一直是國際半導體界難以跨越的高牆。

臺灣產學研團隊的創新之處，並不是去尋找另一種新材料，而是利用「磊晶介面工程」(epitaxial interface engineering)，重新設計了這層「膜」的結構。研究團隊利用超高真空技術，先在單層MoS2表面精準鋪上一層超薄的鋁，再經氧化形成厚度僅約0.42奈米的氧化鋁層，作為後續材料生長的高品質基底。這個只有原子級厚度的完美介面，不僅大幅提升二維半導體與介電層之間的品質，更有效降低電子傳輸阻礙，成功兼顧「超薄」與「跨導」兩項關鍵特性。

利用這項技術，團隊製作出的電晶體，在極小的尺寸下展現全球領先的跨導表現，同時具備極低漏電流與優異操作穩定性，展現二維半導體元件邁向實際應用的重要潛力。

張文豪表示，未來二維半導體真正的競爭，不只是材料，而是介面工程! 這項技術最大的價值，是建立可廣泛應用於不同二維半導體材料的平台技術。未來可望發展出更高速、更低功耗的電子元件，並與現有的半導體製程完美結合，為「後矽時代」的晶片技術奠定重要基礎，也再次展現臺灣在次世代半導體領域的創新實力與國際競爭力。【記者  鄭昱庭整理報導】