台南成大跨域研究開創二維材料設計新策略

波新聞─翁順利／台南
隨著電晶體微縮技術逐漸逼近物理與製程極限，全球半導體產業邁入「後摩爾時代」，新型半導體材料的開發已成為國際研究焦點，臺灣半導體科研再傳捷報，國立成功大學核心設施中心跨校研究團隊，成功運用化學氣相沉積（CVD）技術，精準控制二硫化鉬雙層材料的原子堆疊方式，製備出特殊的堆疊雙層技術，重新展現直接能隙與優異的谷極化功能，研究成果已刊載於今年10月1日出版的國際頂尖學術期刊《自然（Nature）》。
成大指出，目前半導體電晶體仍以矽基材料為主。過去，半導體產業遵循「摩爾定律」，透過持續縮小電晶體尺寸、提高晶片上的電晶體密度，推動運算效能與技術進步。然而，隨著元件持續微縮，物理限制、製造難度及成本日益增加，產業發展已不再單純仰賴製程尺寸縮小，而是積極探索新材料、新架構與異質整合技術，為後摩爾時代尋求新的突破方向。
非破壞性分析技術長成大林光儀博士與國立臺灣師範大學物理學系藍彥文教授、陸亭樺教授及楊弘偉博士後研究員共同擔任通訊作者，並攜手國立臺灣大學、國立陽明交通大學及國家同步輻射研究中心等跨校研究團隊，整合材料成長、先進分析、理論計算與光譜量測等專業技術，展現跨校、跨領域合作的研究實力。
林光儀指出，在研究過程中意外觀察到雙層MoS₂展現顯著的發光特性，與過去對雙層材料的普遍認知有所不同，因而引發深入探究的興趣。研究團隊歷經反覆實驗與多項技術交叉驗證，終於確認這項特殊結構所呈現的物理特性。
為突破限制，研究團隊發展出兩階段化學氣相沉積成長策略，並利用快速淬火技術抑制晶格重新排列，使第二層 MoS₂ 能在第一層上方精準對位成長，形成過去極難穩定取得的 1H 堆疊結構。此項成果證實，透過改變原子堆疊方式，即可調控雙層材料的電子能帶結構，使其展現直接能隙及優異的光學特性。
研究團隊整合原子尺度掃描穿透式電子顯微術（STEM）、電子繞射、第二諧波產生（SHG）、光致發光（PL）、密度泛函理論（DFT）計算及角解析光電子能譜（ARPES）等技術，從原子結構、電子能帶到光學性質，進行多尺度交叉驗證，建立完整的研究證據。
研究結果顯示，確認此特殊原子排列能改變材料的電子能帶結構，並呈現直接能隙特性，突破傳統雙層 MoS₂ 的物理限制。研究證明未來二維半導體的材料設計，除了改變材料種類與厚度，更可進一步透過精準控制原子堆疊方式，調控材料的基本電子與光學性質。