清大及中興團隊研發電晶體 引領半導體技術創新

清大及中興團隊成功開發出新穎的雙模式二維電子元件。（國科會提供／林志成臺北傳真）

在國科會支持下，清華大學電子所博士蔡孟宇、研發長邱博文、中興大學物理系教授林彥甫和資工系教授吳俊霖等共同組成的研究團隊，成功開發出新穎的雙模式二維電子元件，不僅突破了傳統矽晶圓的物理限制，還爲高效能計算和半導體制程簡化開啓了新的方向。這項重要的研究成果已在2023年9月發表於國際知名學術期刊《自然電子》。

這項電子元件的最大關鍵突破在於實現「記憶體」和「電晶體」兩種模式之間功能自由切換的可行性，這就像是同一個裝置可以在需要時變成存儲裝置或是處理數據的工具。

研究團隊表示，「光」在這裡扮演了一個關鍵角色，就像是啓動元件功能的「鑰匙」。當光照射到這種元件時，它就像被「解鎖」一般，元件隨即切換到「記憶體模式」，在這種模式下，它能夠動態地調整電荷的屬性和集中度，即可存儲數據。而在沒有光照射的情況下，元件則保持在「電晶體模式」，就像是被「上鎖」一般，能夠維持穩定的開關運算功能。

這種突破性架構的提出，首次使電子元件賦予多重模態靈活切換的可行性成真，因爲可以快速切換應用，在處理複雜的計算和儲存功能更有效率。

研究團隊指出，這種創新元件的結構非常獨特，建立在傳統二氧化矽基板之上，並堆疊二維凡德瓦異質結構所組成，主要核心材料包含二維雙極性半導體(二硒化錸)以及二維絕緣體(六方氮化硼)。這使得光能夠誘導二硒化錸生成大量的電子-電洞對，並使其中一方的載子(電子或電洞)注入到六方氮化硼與二氧化矽基板之間的介面，從而實現電荷極性操控與存儲的功能。

研究團隊說，這種在光控制下的電子元件，不僅可以在記憶體和電晶體模式之間靈活切換，還爲新一代電路集成設計與神經網絡應用提供巨大的潛力。這項研究未來將有機會利用大面積陣列化應用於半導體制程中，實現製程簡化與效能提升，並且有望一舉突破半導體微縮化的瓶頸限制。