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大面積單晶技術突破 台積電交大聯手登國際頂尖期刊


新網記者歸鴻亭台北特稿
2020/3/17 下午 06:17:13 / 電腦實境

 在科技部「尖端晶體材料開發及製作計畫」長期支持下,國立交通大學研究團隊與台灣積體電路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圓尺寸的單晶氮化硼之成長技術,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)。

自左至右為台積電陳則安博士、台積電處長李連忠、科技部政務次長謝達斌、交大副校長張翼、交大電子物理系教授張文豪、科技部自然司司長林敏聰。(歸鴻亭攝影)
 為了提升半導體矽晶片的效能,積體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。

 新竹交通大學教授張文豪表示,二維原子層半導體材料,厚度僅有 0.7 奈米,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干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干擾的重要材料。然而,過去的技術一直無法在晶圓上合成高品質單晶的單原子層氮化硼。

晶圓尺寸的六方氮化硼成長技術突破。(科技部提供)
 台積電李連忠博士指出,論文主要作者台積電陳則安博士成功實現晶圓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。計畫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,進而達成晶圓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 公尺的間距整齊排列在整個地球表面上。

88六方氮化硼Hexagonal Boron Nitride(h-BN)。(科技部提供)
  科技部政務次長謝達斌說明,台灣科技產業的發展,必須要倚賴有堅實的基礎科學研究做為後盾。「尖端晶體材料開發及製作計畫」是科技部有鑑於先進材料是科技發展之根本,長年投入資源扶植台灣在新穎材料的開發,所建立的研究平台。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。此次台積電與交通大學的聯合研究成果,是國內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畫」初衷。


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