职场》台大偕台积电、麻省理工强强联手! 跨国研究登Nature - 生活 - 中时新闻网

发布时间:2022-05-01

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台湾领先全球的半导体芯片产业,不断追求精密细小的极限挑战。随著硅基半导体已逼近物理极限时,全球科学界都在积极寻找其他的可能材料。台大携手台积电、美国麻省理工学院(MIT),研究发现二维材料结合半金属铋能达到极低的电阻,接近量子极限,有助于实现半导体1奈米以下的艰巨挑战。这项研究已于《自然》期刊(Nature)公开发表。

目前硅基半导体主流制程,已进展至五奈米及三奈米节点,芯片单位面积能容纳的电晶体数目,也将逼近半导体主流材料“硅”的物理极限,芯片效能无法再逐年显著提升。一直以来科学界对二维材料寄予厚望,却苦于无法解决二维材料高电阻、及低电流等问题,以至于取代硅成为新兴半导体材料一事,始终是“只闻楼梯响”。

此次由台湾大学、台积电与麻省理工学院(MIT)共同发表的研究,首先由美国麻省理工团队发现在二维材料上搭配半金属铋(Bi)的电极,能大幅降低电阻并提高传输电流。随后台积电技术研究部门 (Corporate Research) 将铋(Bi)沉积制程进行优化,台大团队并运用氦离子束微影系统(Helium-ion beam lithography)将元件通道成功缩小至奈米尺寸,终于获得这项突破性的研究成果。

台大电机系暨光电所吴志毅教授进一步说明,这项研究发现,在使用铋为接触电极的关键结构后,二维材料电晶体的效能不但与硅基半导体相当,又有潜力与目前主流的硅基制程技术兼容,实有助于未来突破摩尔定律的极限。虽然目前还处于研究阶段,但该成果能替下世代芯片提供省电、高速等绝佳条件,未来可望投入人工智能、电动车、疾病预测等新兴科技的应用中,民众都能受惠。

研究团队完成奈米尺度电晶体研究的氦离子束微影系统及配套环境(图/台湾大学提供)

这项跨国合作自2019年展开,合作时间长达一年半。包括台大、台积电、麻省理工学院等皆投入研究人力,共同为半导体产业开创新路。其中,两名主要参与研究、论文发表的年轻博士,都曾是台大光电所硕士生。

美国麻省理工学院毕业的沈品均博士,为本论文的第一作者与通讯作者。沈品均博士表示,过去半导体使用三维材料,其物理特性与元件结构发展到了三奈米节点。这次研究改用二维材料,其厚度可小于一奈米(一到三层原子厚),更逼近固态半导体材料厚度的极限。而半金属铋的材料特性,能消除与二维半导体接面的能量障碍,且半金属铋沉积时,也不会破坏二维材料的原子结构。

而在台大,则由台大电机系暨光电所吴志毅教授、周昂升博士参与研究,分别为论文的共同作者。周昂升博士提到,台大团队于此研究中主要负责开发奈米级元件。能让台大和麻省理工有机会发展国际合作,台积电和科技部支持的产学大联盟计划功不可没。研究过程中,能和诸多顶尖学者交流;由于时差因素,双方无论信件或电话讨论,都是分秒必争。现在想起来,都是自己学术生涯中,非常宝贵的经验。

台积电长期和台大进行产学合作,台积电技术研究组织副处长暨台积电-台湾大学联合研发中心副主任林春荣表示,科学研究能够驱动产业发展,台积公司多年来致力研发、推动创新,并持续与全球知名大学合作。此次的研究成果再次体现了产学合作的重要性。

吴志毅教授最后有感而发地说,这次国际合作进行的前瞻性研究,大学实扮演非常重要的角色。完成最后研究的氦离子束微影系统,现放置于台大电机二馆,机器设备投入资金高达数千万元,全台湾仅此一座,台大由衷感谢科技部与台积电的支持;台大非常乐意将此次的研究成果,回馈给国内产业界。未来若能取得商用的突破,将有助国内半导体及科技供应链,继续维持全球的领先地位。

(中时新闻网)