新網專題臺灣團隊首創"臨場顯微半導體檢測技術" 直接揭示次世代電晶體微縮關鍵

臺灣團隊首創"臨場顯微半導體檢測技術" 直接揭示次世代電晶體微縮關鍵

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〔新網記者麻念台台北特稿〕　國科會長期布局後摩爾時代半導體關鍵技術，透過「Å世代前瞻半導體技術專案計畫」推動次世代元件檢測技術研發。在國科會支持下，國立臺灣大學物理學系教授邱雅萍首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術(Operando Cross-sectional STM)」，並與國立臺灣師範大學物理學系教授藍彥文及新加坡國立大學教授李連忠研究團隊合作，首次在先進二維半導體電晶體元件實際運作狀態下，以原子級空間解析度直接量測金屬/半導體接觸邊緣的電子轉移長度(transfer length)，為評估電晶體微縮潛力提供重要檢測突破。此開創性的檢測技術，突破過去僅能依賴理論模擬推估的限制，直接揭示次世代半導體元件微縮關鍵實驗證據。本研究成果已於2026年7月1日正式發表於國際頂尖學術期刊《自然》(Nature)。

國立臺灣大學物理學系教授邱雅萍首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」，為評估電晶體微縮潛力提供重要檢測突破。(歸鴻亭攝影)
　邱雅萍表示，隨著人工智慧運算、資料中心與行動裝置對高效能、低功耗晶片需求持續增加，半導體元件持續微縮已成為全球科技發展的核心課題。二維半導體因具有原子級厚度與優異的閘極控制能力，被視為後摩爾時代延續先進邏輯元件微縮的重要候選材料。然而，電晶體能否持續微縮並應用於未來晶片技術，不僅取決於通道長度，金屬接觸區的品質同樣是關鍵因素。

　接觸邊緣是電子由金屬電極注入半導體通道的關鍵區域，而電子轉移長度則是電子於接觸邊緣完成注入所需的有效長度，直接決定接觸電阻大小與電子注入效率，更是決定元件在極限微縮條件下能否維持正常運作的重要指標，進而影響元件的電流輸出與能耗表現。傳統理論模型所依賴的假設條件，在先進二維半導體電晶體體系中往往不宜適用，亦無法直接呈現接觸界面的真實空間電子傳輸行為，致使此關鍵物理量長期缺乏直接的次奈米級實驗佐證。

邱雅萍表示，隨著人工智慧運算、資料中心與行動裝置對高效能、低功耗晶片需求持續增加，半導體元件持續微縮已成為全球科技發展的核心課題。(歸鴻亭攝影)
　邱雅萍說明，此次突破奠基於臺灣在地深耕近20年於剖面掃描顯微術領域的技術積累。團隊進一步將臨場操作偏壓功能整合至量測系統，使其得以在元件實際偏壓的運作狀態下，同步以原子級空間解析度直接檢測金屬與半導體在接觸邊緣處的電子傳輸行為。這項技術如同在金屬與半導體接觸邊緣架設原子尺度的高解析度觀測攝影機，讓研究人員首次得以在元件運作過程中，直接觀察電子如何穿越接觸邊緣，並精確量測其有效注入的電子轉移長度，從過去只能透過理論估算的長度，如今已能透過實驗驗證，為次世代半導體元件微縮研究提供直接數據。

邱雅萍說明，此次突破奠基於臺灣在地深耕近20年於剖面掃描顯微術領域的技術積累。(歸鴻亭攝影)
　研究團隊以半金屬鉍(Bi)接觸單層二硫化鉬(MoS₂)電晶體為驗證平台，在超高真空環境中將元件劈裂，使金屬接觸、二維半導體通道與基板結構之剖面直接暴露於檢測探針端，並在元件操作狀態下施加偏壓，直接檢測接觸邊緣附近的局域電子空間分布變化。

　國科會自然處處長賴明治指出，此研究成果具有以下重要意義：首次在原子級空間解析度下確認，二維半導體接觸工程具備潛力支援次世代奈米技術節點發展的實質可行性；提供鑑別不同接觸金屬與材料組合優劣的直接實驗依據，取代過去高度依賴模擬的材料篩選方式；並為產業界提供更準確的元件接觸品質鑑定方法，有助縮短從研發到製程整合的驗證週期。

國科會自然處處長賴明治指出，此為產業界提供更準確的元件接觸品質鑑定方法，有助縮短從研發到製程整合的驗證週期。(歸鴻亭攝影)
　除驗證二維半導體接觸界面的關鍵物理機制外，團隊亦將此量測方法成功延伸至絕緣層上矽(Silicon on Insulator, SOI)元件，結果證明，「臨場顯微半導體檢測技術」不僅適用於二維半導體，更具備潛力作為研究各類先進半導體元件接觸特性的通用分析平台。未來隨著先進電晶體元件尺寸持續微縮，如何精準掌握接觸界面的電子傳輸行為，將成為突破元件效能瓶頸的重要關鍵，而此技術所建立的直接量測能力，有望成為次世代半導體元件開發中核心的檢測工具。

本研究展現臺灣在先進半導體量測技術、二維材料元件製作與界面物理研究的整合實力。(歸鴻亭攝影)
　本研究展現臺灣在先進半導體量測技術、二維材料元件製作與界面物理研究的整合實力，並形成由臺灣學者主導、涵蓋材料、元件、量測與理論分析的跨域國際合作模式。從檢測技術開發、方法建立到先進元件驗證，皆由臺灣研究團隊主導完成，展現臺灣在前瞻半導體關鍵量測技術領域的自主研發能量與國際領先實力。