积体电路制程重大突破 台团队研究登国际期刊
【大纪元2018年11月21日讯】（大纪元记者钟元台北报导）台湾国立成大物理系教授吴忠
霖与同步辐射研究中心陈家浩博士所组成的研究团队，研发出仅有单原子层厚度、约0.7
奈米，且具优异逻辑开关特性的二硒化钨（WSe2）二极管，并在自然通讯杂志上发表成果
。
半导体技术蓬勃发展，即将面临积体电路微缩化的三奈米制程极限，因此科学家除改善积
体电路中电晶体的基本架构外，也积极寻找具有优异物理特性且能微缩至原子尺度（<1奈
米）的电晶体材料。
中华民国科技部、国立成功大学、与国家同步辐射研究中心的支持下，台湾团队在积体电
路研发上有重大突破。学者找到0.7奈米电晶体材料，此二维单原子层二极管的诞生，更
加轻薄，效率更高，除了可超越“摩尔定律”进行后硅时代电子元件的开发，以追求元件
成本/耗能/速度最佳化的产业价值外，并可满足未来人工智能芯片与机器学习所需大量计
算效能的需求。
二维材料具有许多独特的物理与化学性质，科学家相信这些性质能为计算机和通信等多方
领域带来革命性冲击。其中与石墨烯（Graphene）同属二维材料的二硒化钨，是一种过渡
金属二硫族化合物（Transition Metal Dichalcogenides, 简称TMDs）。
研究团队表示，二硒化钨能够在单化合原子层的厚度（约0.7奈米）内展现绝佳的半导体
传输特性，相比以往的传统硅半导体材料，除了厚度上已超越三奈米的制程极限外，可完
全满足次世代积体电路所需更薄、更小、更快的需求。
研究团队利用同时兼具高亮度/高能量解析/高显微力的台湾“三高”同步辐射光源，成功
观察到可以利用乘载二维材料的铁酸铋（BiFeO3）铁电氧化物基板，能有效地在奈米尺度
下改变单原子层二硒化钨半导体不同区域的电性。吴忠霖教授表示，相较以往只能利用元
素参杂或加电压电极等改变电性的方式，本研究无需金属电极的加入，为极重大的突破。
这项研究利用单层二硒化钨半导体，与铁酸铋氧化物所组成的二维复合材料，展示了调控
二维材料电性无需金属电极的加入，就能打开和关闭电流以产生1和0的逻辑讯号，这样能
大幅降低电路制程与设计的复杂度，以避免短路、漏电、或互相干扰的情况产生。此外，
由于二维材料的厚度极薄，能如同现今先进的晶圆3D堆叠技术一样，透过堆叠不同类型的
二维材料展现不同的功能性。
研究团队说，透过这项研究成果，未来若能将此微缩到极限的单原子层二极管组合成各种
积体电路，由于负责运算的传输电子被限定在单原子层内，因此能大幅地降低干扰并能增
加运算速度，预期可超过现今电脑的千倍、万倍，而且所需的能量极少，大量运算时也不
会耗费太多能量达到节能的效果。
科技部表示，这项研究成果将对数位科技发展带来重大的影响，也许手机充电一次就能连
续使用一个月，而以现阶段积极发展的自动驾驶汽车来说，如果所有的传感、运算速度都
比现在快上千、万倍，行驶霹雳车再也不是梦想。
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