某科學の超電報

大面積氮化硼單晶技術大突破,台積電與交大聯手登上國際頂尖期刊《自然》

2020/03/18 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤氮化硼, 產學合作, 積體電路, 絕緣層, 和 電晶體微縮

國立交通大學(交大)的研究團隊與台灣積體電路製造股份有限公司(台積電)合作組成的聯合研究團隊,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。這項傑出的基礎科學研究成果於今年(2020) 3 月榮登於全球頂尖學術期刊《自然》(Nature)。

成功合成高品質單晶的單原子層氮化硼

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。也就是說:

當矽電晶體的電子通道不斷地微縮,甚至達到三奈米以下時,電子便已無法在通道中有效傳輸。

為了解決電晶體微縮所面臨的瓶頸,全球科學家不斷地探索新的材料。經過多種嘗試後,二維原子層半導體材料的厚度僅有 0.7 奈米,被視為目前已知解決電晶體微縮瓶頸的方案之一。然而,僅有原子層厚度的二維半導體要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。

六方氮化硼 Hexagonal Boron Nitride (h-BN)。

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。在本次研究中,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。

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,非常不容易。研究團隊因此坦言,他們不僅專注於尖端技術的開發,也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,才能達成晶圓尺寸單晶氮化硼的生長技術。

(左起)台積電陳則安博士、台積電李連忠處長、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。

  • 本文改寫中央研究院新聞稿,原標題為〈大面積單晶技術大突破-晶圓尺寸超薄絕緣體 台積電與交大聯手登上國際頂尖期刊《自然》〉。
  • 「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,長年投入資源扶植臺灣在新穎材料的開發,所建立之研究平臺。近年來在基礎科學研究與產業相關應用,有相當豐碩之成果。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。
  • 本研究論文標題為〈Wafer-scale single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on Cu (111)〉,已於今(2020)年 3 月刊登於《自然》(Nature)。

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