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台大團隊首創「臨場顯微半導體檢測技術」 突破半導體元件檢測瓶頸

國科會舉行記者會,介紹台大物理系教授邱雅萍團隊首創的「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」,圖為邱雅萍說明研究成果。梁建裕攝 zoomin
國科會舉行記者會,介紹台大物理系教授邱雅萍團隊首創的「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」,圖為邱雅萍說明研究成果。梁建裕攝
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【記者王良博/台北報導】在國科會支持下,台大物理學系教授邱雅萍團隊首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術(Operando Cross-sectional STM)」,此一技術為評估電晶體微縮潛力,提供重要檢測突破,有望成為次世代半導體元件開發中的核心檢測工具,目前已跟產業討論合作,研究成果也登上頂尖學術期刊《自然》(Nature)。

國科會今(16)日舉行研究成果記者會,介紹此項技術。

國科會表示,隨著AI運算、資料中心與行動裝置,對高效能、低功耗晶片需求持續增加,半導體元件持續微縮,已成為全球科技發展的核心課題,而二維半導體因具有原子級厚度與優異的閘極控制能力,被視為後摩爾時代,延續先進邏輯元件微縮的重要候選材料,然而,電晶體能否持續微縮,並應用於未來晶片技術,不僅取決於通道長度,金屬接觸區的品質同樣是關鍵因素。

二維半導體的優勢。國科會提供 zoomin
二維半導體的優勢。國科會提供

國科會解釋,接觸邊緣是電子由金屬電極注入半導體通道的關鍵區域,而電子轉移長度,則是電子於接觸邊緣完成注入所需的有效長度,直接決定接觸電阻大小與電子注入效率,更是決定元件在極限微縮條件下,能否維持正常運作的重要指標,進而影響元件的電流輸出與能耗表現,不過,傳統理論模型所依賴的假設條件,在先進二維半導體電晶體體系中往往不適用,也無法直接呈現接觸界面的真實空間電子傳輸行為,導致此關鍵物理量長期缺乏直接的次奈米級實驗佐證。

邱雅萍指出,此研究是跟台大物理系教授藍彥文及新加坡國立大學教授李連忠研究團隊合作,將臨場操作偏壓功能整合至量測系統,使其得以在元件實際偏壓的運作狀態下,同步以原子級空間解析度,直接檢測金屬與半導體在接觸邊緣處的電子傳輸行為。

國科會舉行記者會,介紹「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」。梁建裕攝 zoomin
國科會舉行記者會,介紹「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」。梁建裕攝

這項技術如同在金屬與半導體接觸邊緣架設原子尺度的高解析度觀測攝影機,讓研究人員首次得以在元件運作過程中,直接觀察電子如何穿越接觸邊緣,並精確量測有效注入的電子轉移長度,為次世代半導體元件微縮研究提供直接數據。

國科會舉行記者會,介紹「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」。梁建裕攝 zoomin
國科會舉行記者會,介紹「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」。梁建裕攝

針對此研究成果的意義與應用,邱雅萍說,此研究首次在原子級空間解析度下確認,二維半導體接觸工程,具備潛力支援次世代奈米技術節點發展的實質可行性,也提供鑑別不同接觸金屬與材料組合優劣的直接實驗依據,並為產業界提供更準確的元件接觸品質鑑定方法,有助縮短從研發到製程整合的驗證週期。

國科會舉行記者會,介紹台大物理系教授邱雅萍團隊首創的「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」,圖為邱雅萍說明研究成果。梁建裕攝 zoomin
國科會舉行記者會,介紹台大物理系教授邱雅萍團隊首創的「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術」,圖為邱雅萍說明研究成果。梁建裕攝

她也提到,此檢測技術不僅適用於二維半導體,更具備潛力作為研究各類先進半導體元件接觸特性的通用分析平台,未來有望成為次世代半導體元件開發中核心的檢測工具。

臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術的應用。國科會提供 zoomin
臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術的應用。國科會提供

媒體詢及,此技術是否已經應用於產業,邱雅萍指出,因檢測速度問題,目前還沒實際應用於產線上,但已在跟半導體業者討論合作。

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# 臨場顯微半導體檢測技術 # 二維半導體 # 邱雅萍 # 國科會