長庚大學攜手台日團隊突破二維半導體瓶頸研究成果躍上《Nature》

墨新聞｜記者卞金峰／台北報導

全球下世代半導體技術迎來歷史性突破！隨著AI、高效能運算與3D晶片快速發展，半導體產業正積極尋求能取代傳統矽材料的新世代「二維半導體」。長庚大學攜手臺灣、日本跨國研究團隊，成功突破國際長年瓶頸，開發出全球罕見、可晶圓級製造的高遷移率p型「硼碳氮（BCN）」二維半導體，研究成果已於今年9月底榮登國際頂尖期刊《Nature》，為未來AI晶片與3D積體電路商用化開創新契機。

長庚大學化材系童俊智教授（圖右）、吳明忠教授（圖左）與台日研究團隊緊密合作，在新型後矽材料、二維半導體與先進半導體製程領域創下重要里程碑。

這項跨國突破是由長庚大學「前瞻後矽異質材料中心」主任童俊智特聘教授領軍，匯聚東京大學、臺灣大學、陽明交通大學、中央研究院及等台日頂尖科研機構。研究團隊精準調控硼、碳、氮原子在表面反應中的釋放時序與結合路徑，克服傳統 BCN 合成中碳原子容易形成石墨烯相分離、難以均勻嵌入氮化硼晶格的問題，成功在2吋晶圓上生長出單層BCN 的p型半導體材料。該材料結構連續、厚度僅一個原子（約0.5奈米），同時兼具高遷移率及晶圓級均勻性。

長庚大學校長湯明哲表示，在科技追求高效能、省電與智慧化的趨勢下，「二維半導體」備受全球關注。長庚大學深耕前瞻材料領域，特聘國際權威童俊智成立「前瞻後矽異質材料中心」，此次成果登上《Nature》極具指標意義。未來該中心將持續整合材料、奈米、光電與化學等跨領域量能，聚焦次世代半導體材料的設計、製程及元件應用，全力打造具國際競爭力的研發基地。

童俊智表示，此次研究成功開發出具備優異效能的晶圓尺度單原子層硼碳氮化物（boron carbon nitride, BCN）p 型二維半導體元件，其效能不僅超越「2031 年國際元件與系統技術藍圖（IRDS）」所設定的高性能挑戰指標，更為未來超低功耗、高度積體化的次世代晶片發展與商業化應用奠定重要基礎。值得一提的是，這項突破並非仰賴昂貴且複雜的製程技術，而是從基礎化學原理出發，整合反應動力學、表面擴散、化學勢、成核理論及鍵結選擇性等關鍵機制，建立精準的材料合成策略。

長庚大學湯明哲校長致詞時提到，半導體如今已邁入後摩爾時代，國際科研競逐的核心將著重於誰能率先克服新材料的物理極限。

研究團隊透過前驅物工程，設計以單甲基胺硼烷（MMAB）與氨硼烷（AB）組成的雙前驅物系統，精確調控硼、碳、氮原子在表面反應過程中的釋放時序與鍵結路徑，成功克服傳統 BCN 材料合成中碳原子容易析出並形成石墨烯相、難以均勻整合至氮化硼晶格的關鍵瓶頸，進而實現晶圓尺度、原子層厚度 BCN 二維半導體的可控制備，展現基礎化學原理在突破先進半導體材料技術瓶頸上的重要價值。

他進一步分析，二維半導體被視為後摩爾時代與3D單晶積體電路的3D材料平台。然而，業界長期面臨「高效能、高穩定度且可大面積製備之P型半導體」極度匱乏的困境。多數二維材料容易呈現 n 型或雙極性傳輸，p 型材料則常受限於載子散射、穩定性不足、製程相容性不佳與晶圓尺度均勻性不足，成為發展低功耗互補式電子元件的核心瓶頸。