突破1奈米制程超越硅极限！台大携台积电、MIT 研发二维材料＋铋
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半导体1奈米制程新突破！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 1 奈米以
下的艰钜挑战。
由于，目前Si硅基半导体主流制程，已进展至 5 奈米及 3 奈米节点，芯片单位面积能容
纳的电晶体数目，也将逼近半导体主流材料“硅”的物理极限，芯片效能无法再逐年显著
提升。于是，全球科学界都在积极寻找其他的可能材料；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。
为此，台大联手台积电、MIT自2019 年展开跨国研究，首先由 MIT 团队发现在二维材料
上混搭半金属铋的电极，能大幅降低电阻并提高传输电流；随后台积电研究将铋沉积制程
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
通道成功缩小至奈米尺寸，终于获得这项突破性的研究成果。
台大电机系暨光电所吴志毅教授表示，这项研究发现，在使用铋为接触电极的关键结构后
，二维材料电晶体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，但该成果能替下世
代芯片提供省电、高速等绝佳条件，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。
博士沈品均则指出，过去半导体使用三维材料，物理特性与元件结构发展到 3 奈米节点
，这次研究改用二维材料，厚度可小于 1 奈米（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。