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台師大物理系開發創新鐵電電晶體 引領半導體技術新浪潮

  • 中時即時 李侑珊
在國科會的支持下,台師大物理系團隊發表超薄鐵電電晶體,合影者左起為國研院台灣半導體研究中心李愷信研究員(左3)、台灣大學重點科技研究學院李敏鴻教授(左4)、國科會自然處羅夢凡處長(左5)、台師大學物理系藍彥文教授(左6)、陽明交通大學電子物理系林俊良副教授(左7)、國研院台灣半導體研究中心梁伯維助理研究員(左8)。(國科會提供)
在國科會的支持下,台師大物理系團隊發表超薄鐵電電晶體,合影者左起為國研院台灣半導體研究中心李愷信研究員(左3)、台灣大學重點科技研究學院李敏鴻教授(左4)、國科會自然處羅夢凡處長(左5)、台師大學物理系藍彥文教授(左6)、陽明交通大學電子物理系林俊良副教授(左7)、國研院台灣半導體研究中心梁伯維助理研究員(左8)。(國科會提供)

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瞄準二維材料在半導體領域的巨大潛力,台灣師範大學物理系教授藍彥文與陸亭樺兩人組成聯合研究團隊,開發出基於二維材料二硫化鉬的創新鐵電電晶體(ST-3R MoS2 FeS-FET),創造出僅有1.3奈米厚度及低操作電壓的鐵電材料半導體元件,解決傳統鐵電電晶體縮小尺寸、降低功耗的難題,未來可作為非揮發性記憶體及低功率電子元件應用,有望成為先進半導體技術核心。研究成果已於2023年11月底正式發表於國際知名學術期刊《自然電子》(Nature Electronics)。

鐵電材料是個新興的技術選項,它可以透過外加電場控制電偶極方向,進而達到儲存資料的功能。鐵電材料擁有極高的讀寫速度,並能夠在斷電情況下持續保存資料。

然而,在鐵電電晶體的研發過程中,面臨著眾多挑戰性的障礙與困難,傳統鐵電電晶體隨著元件尺寸的減小,電偶極化出現了不穩定的現象,而且元件製程極其複雜等問題待解決。

因此,藍彥文與陸亭樺攜手陽明交通大學電子物理系副教授林俊良、成功大學物理學系教授陳宜君、台灣大學教授李敏鴻,以及台灣半導體研究中心組長李愷信等人組成聯合研究團隊,探索被預測具有鐵電性的二維材料,開發出一種基於剪切轉變的菱面堆積二硫化鉬鐵電電晶體 (ST-3R MoS2 FeS-FET),該材料使用化學氣相沈積(CVD)成長出擁有介面間鐵電性的雙層二硫化鉬,藉由成長過程中所建造出的可移動晶界產生雙層介面間的滑移現象,表現出可翻轉的垂直方向自發電極化。

研究團隊發現,這種新興的鐵電電晶體元件展現出令人矚目的低讀寫電壓、快速讀寫和高穩定性,而且其製程步驟也採用了目前在工業界廣泛應用的技術,展現出其與工業製程標準的高度相容性。

研究團隊將這種將鐵電二維材料作為場效電晶體,不僅在鐵電材料領域取得了突破,還成功解決了尺寸縮小與功耗降低的雙重難題,這對於超大型積體電路和數據存儲應用非常重要。此超薄鐵電晶體其因厚度僅2層二維材料原子,具低於3奈米(sub-3nm)技術節點中的關鍵技術潛力,為先進的半導體製程提供了理想的解決方案選項。

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