台大携手台积电宣布1nm技术有突破

5月6日，IBM发布2nm芯片制造技术，声称这是世界首创。这项技术可让芯片速度比当今主流的7nm芯片提升多达45%，能源效率提升多达75%。全世界半导体业界都感到震惊。

但是，近日台湾大学则是宣布携台积电、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，有助于实现半导体1nm以下的艰巨挑战，再一次令全世界半导体业界感到难以置信，目前这项研究已于《自然》期刊（Nature）公开发表。


据悉，目前矽基半导体主流制程，已进展至5nm及3nm节点，晶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「矽」的物理极限，晶片效能无法再逐年显着提升。

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，以至于取代矽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、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矽基半导体相当，又有潜力与目前主流的矽基制程技术相容，实有助于未来突破摩尔定律的极限。

吴志毅指出，虽然目前还处于研究阶段，但该成果能替下世代晶片提供省电、高速等绝佳条件，未来可望投入人工智慧、电动车、疾病预测等新兴科技的应用中，民众都能受惠。

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3nm节点。这次研究改用二维材料，其厚度可小于1nm (一到三层原子厚)，更逼近固态半导体材料厚度的极限。