二維半導體接觸工程突破，延續先進製程微縮路徑
科技產業資訊室(iKnow) - 黃松勳 發表於 2026年7月7日
圖、二維半導體接觸工程突破，延續先進製程微縮路徑
隨著半導體產業逐步邁向1奈米以下製程節點，電晶體微縮已不再只是通道長度縮減的競賽，金屬接觸區(Contact)的縮放能力同樣成為決定元件性能的重要關鍵。近期刊登於《Nature》的研究指出，由台灣大學、中央研究院、台灣師範大學及國際合作團隊組成的研究團隊，首次直接量測二維半導體電晶體中的載子傳輸長度(Transfer Length)，證實在單層二硫化鉬(MoS2)元件中，電流可在僅約2至3奈米範圍內完成有效注入，為超微縮電晶體接觸設計提供重要實驗依據。
長期以來，業界已能透過極紫外光(EUV)微影、環繞式閘極(GAA)與新型材料持續縮小電晶體通道尺寸，但金屬接觸區的縮放極限始終缺乏直接量測方法。研究評論作者Bent Weber指出，若無法同步縮小接觸尺寸，即使通道持續微縮，也難以進一步提升晶片電晶體密度。此次研究首次直接觀察電流如何注入原子級厚度半導體，為接觸工程領域帶來突破性進展。
研究團隊選擇單層MoS2作為通道材料，並採用半金屬鉍(Bi)作為接觸電極。MoS2因具備原子級厚度、優異靜電控制能力與低漏電特性，被國際半導體技術路線圖(IRDS)視為後矽時代的重要候選材料。過去相關研究多依賴理論模擬或不同尺寸元件推估接觸極限，推測載子傳輸長度約落在10至40奈米區間，但始終缺乏直接證據。
為解決此問題，研究團隊開發可在元件運作狀態下進行量測的橫截面掃描穿隧顯微鏡(XSTM)技術。研究人員將電晶體於超高真空環境中切開，直接觀察金屬與二維半導體介面的電子結構，同時施加工作電壓量測載子傳輸行為。此方法可達次奈米等級空間解析度，遠高於傳統電性分析技術。
實驗結果顯示，在Bi-MoS2接觸介面中，載子濃度於接觸邊緣出現快速衰減，經指數模型分析後，傳輸長度約為2.0至2.9奈米。相較於過去透過傳輸線模型(TLM)推估的約9奈米結果，此次直接量測數據顯示實際電流注入區域更短，意味未來接觸尺寸仍有大幅縮小空間。
研究亦指出，2至3奈米的接觸傳輸長度已符合IRDS對1奈米技術節點所規劃的接觸尺寸需求。若未來製程技術能穩定實現此類接觸結構，二維半導體電晶體有望在後1奈米世代持續延伸元件密度與能效表現，為摩爾定律爭取更多發展空間。
除了MoS2之外，研究團隊也驗證該量測技術可應用於傳統矽基元件及其他二維材料系統。研究中於矽絕緣體(SOI)元件量測出約55奈米的傳輸長度，與既有模型結果高度一致，證明此方法具備廣泛適用性，可作為未來先進半導體接觸分析的重要量測平台。
對產業而言，當AI、高效能運算(HPC)與邊緣裝置持續推升晶片效能需求，先進製程已從單純的尺寸競賽轉向材料、架構與接觸工程的全面優化。此次研究不僅解答二維半導體接觸縮放的關鍵問題，也建立直接觀察載子注入機制的新工具。未來若能進一步改善p型二維半導體接觸效能，並整合至晶圓級製造流程，將有助於推動後矽時代邏輯元件與新世代運算平台的發展。(1099字；圖1)
參考資料：
Directly probing the carrier transfer length in 2D-material transistors. Nature, 2026/7/1
As transistors get smaller, electrodes must keep shrinking too. Nature, 2026/7/1
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