大面積單晶技術大突破,臺積電與交大登上國際頂尖期刊

在科技部「尖端晶體材料開發及製作計劃」長期支持下，國立交通大學（交大）的研究團隊與臺灣集成電路製造股份有限公司（臺積電）合作組成的聯合研究團隊，在共同進行單原子層氮化硼的合成技術上有重大突破，成功開發出大面積晶片尺寸的單晶氮化硼之增長技術，未來將有機會應用在先進邏輯製程技術，傑出的基礎科學研究成果於今年3月榮登於全球頂尖學術期刊《自然》（Nature）。

為了提升半導體矽晶片的性能，集成電路中的電晶體尺寸不斷地微縮，目前即將達到傳統半導體材料的物理極限，也因此全球科學家不斷地探索新的材料，以解決電晶體微縮所面臨的瓶頸。二維原子層半導體材料，厚度僅有0.7納米，是目前已知解決電晶體微縮瓶頸的方案之一。然而，僅有原子層厚度二維半導體，如何使電子在裡面傳輸而不受鄰近材料的幹擾便成為重要的關鍵技術。單原子層的氮化硼（boron nitride，BN），只有一個原子厚度，是目前自然界最薄的絕緣層，也是被證明可以有效阻隔二維半導體不受鄰近材料幹擾的重要材料。然而，過去的技術一直無法在晶片上合成高品質單晶的單原子層氮化硼。此次臺積電李連忠博士與交大張文豪教授所帶領的聯合研究計劃中，論文主要作者臺積電陳則安博士成功實現晶片尺寸的單原子層氮化硼，並結合二維半導體，展示優異的電晶體特性。計劃成功的關鍵在於研究團隊不僅專注於尖端技術的開發，並從基礎科學的角度出發，找到氮化硼分子沉積在銅晶體表面的物理機制，進而完成晶片尺寸單晶氮化硼的生長技術。這個困難度相當於將人以小於0.5米的間距整齊排列在整個地球表面上。

臺積電陳則安博士（左起）、臺積電李連忠處長、科技部謝達斌政務次長、交大張翼副校長、交大電子物理系張文豪教授、科技部自然司林敏聰司長。

臺灣科技產業的發展，必需要依賴有堅實的基礎科學研究作為後盾。「尖端晶體材料開發及製作計劃」是科技部有鑑於先進材料是科技發展之根本，常年投入資源扶植臺灣在新穎材料的開發，所創建的研究平臺。近年來在基礎科學研究與產業相關應用，有相當豐碩的成果。此次臺積電與交通大學的聯合研究成果，是產業與學校合作登上全球頂尖學術期刊《自然》的首例，對於產業與學校共同進行基礎研究具有指標性意義，也體現科技部「尖端晶體材料開發及製作計劃」初衷。