前瞻技術產學合作計畫
計畫名稱：超3奈米前瞻半導體技術研究
計畫主持人：國立臺灣大學光電工程學研究所 吳志毅教授
合作企業：台灣積體電路製造股份有限公司
成果介紹：

國科會前膽技術產學合作計畫半導體研發大突破！由台灣大學、台積電與麻省理工學院(MIT)共同發表的研究指出，在二維材料搭配半金屬鉍(Bi)的電極，可大幅降低電阻並提高電流，大幅改善電流缺陷，此一發現的重要性在於，解決了二維材料原本在電流上的缺陷，使其高性能、低功耗的效能幾與矽一致，並且讓二維材料可進一步微縮的物理特性充份發揮，有助實現矽半導體難以達成的1奈米以下；原子級電晶體願景。這項研究成果獲得刊登於國際頂尖學術期刊《Nature》的殊榮。

目前半導體主流製程進展到5奈米和3奈米，晶片單位面積能容納的電晶體數目，已將逼近半導體主流材料「矽」的物理極限，近年科學界積極尋找能取代矽的二維材料，挑戰1奈米以下的製程，一直以來科學界對二維材料寄予厚望，卻苦於無法解決二維材料高電阻及低電流等問題。

這項研究先由麻省理工團隊發現在二維材料上搭配半金屬鉍（Bi）的電極，能大幅降低電阻並提高傳輸電流。隨後由台積電技術研究部門將鉍沉積製程優化，台大團隊則運用氦離子束微影系統（Helium-ion beamlithography）將元件通道成功縮小到奈米尺寸，共同獲得突破性的研究成果。

圖片:完成奈米尺度電晶體研究的氦離子束微影系統(Helium-ion beam lithography)及其配套環境

共同作者臺大電機系吳志毅教授解釋，使用鉍為接觸電極的關鍵結構後，二維材料電晶體的效能不但與矽基半導體相當，又有潛力與目前主流的矽基製程技術相容。雖然目前還處於研究階段，但此成果能替下世代晶片提供省電、高速等絕佳條件，可望投入人工智慧、電動車、疾病預測等新興科技的應用中。

此研究的成功顯示了這項研究從基礎到應用科學建立了成功的產學合作模式，臺大－台積電前瞻技術產學合作自102年開始推動，投入半導體前瞻技術研發，計畫成效相當豐碩，其中第一期計畫(102年至106年)累計81項專利申請(70件已獲證)，培育碩博士生423位已有三分之二以上畢業，就業學生服務於產學研界，107年起執行第二期計畫已邁入第四年，研發成果專利申請計有55件(10件已獲證)，所培育碩博士生畢業任職相關產業逾100位。整體計畫成果為台灣半導體產業在前瞻關鍵技術專利布局、新興科技人才培育的貢獻各界有目共睹，此次的研究成果再次體現了產學合作的重要性。

圖片:研究團隊與氦離子束微影系統 (由左至右為周昂昇博士、吳志毅教授、沈品均博士)