解決痛點 

先進半導體產業被國人譽為護國神山，隨著台積電進一步擴大對美日投資效應。與此同時，摩爾定律發展正面臨到瓶頸，也讓全球科學家們思考下一世代半導體材料與元件。二維材料(2D)是目前已知可解決1 nm以下技術節點的關鍵通道材料之一，也是國內外先進半導體產業爭相佈局的領域。雙層2D元件已被證實性能高度優異於單層。然而，受限生長熱力學與無懸鍵難以合成出高均勻的雙層。截至目前全單晶化2D報導均以單層為架構。開發「雙層」與「全單晶化」二維材料生長技術，對於未來電子應用至關重要。

 技術簡介 

我們採用二步法(two-step)直接生長雙層全單晶MoS2。AFM觀察到雙層MoS2的樣品形貌，第二層MoS2具有層狀的形貌且單軸同向生長排列，第二層MoS2晶體水平大小約8~10μm，與第一層高低差為0.7 nm，(如圖1a所示)。藉由OM觀察，第二層MoS2同樣以三角型型貌生長且與第一層排列方向一致，屬於3R型堆疊(AA stacking)，(如圖1b所示)。Raman, PL頻譜分析，確定其為雙層MoS2表徵，(如圖1c所示)。在驗證電性方面，於長通道閘極長度 25μm嚴苛條件下，獲得雙、單層單晶MoS2電晶體平均遷移率為48與9 cm2V-1s-1，大幅增加5倍餘多，同時獲得高優異的電流開關比分別為108與107，(如圖1d所示)。更重要的一點，我們注意到我們的第二層MoS2是以3R單一層間堆疊，形成雙層全單晶MoS2，有別於中國團隊混合2H、3R孿晶。

▲圖1. 合成雙層全單晶MoS2：(a) AFM顯示雙層為層狀形貌；(b) OM分析雙層同向排列與3R堆疊；(c) Raman、PL驗證層數。(d) 電性分析雙、單層單晶MoS2元件。

 應用案例 

下世代先進半導體材料與元件開發

▲圖2. 各世代電晶體架構與材料之演進，二維半導體材料預計於2030年引入半導體製程。

 相關連結 

無

 專利名稱證號 

無

 技術產學合作或技轉單位 

無

 獲獎紀錄 

無

 技術聯絡人 

國立中山大學 前瞻產業聯絡中心

連絡電話：07-5250165

聯絡信箱：gloria@mail.nsysu.edu.tw