加速二維半導體技術轉化　台灣學界攻頂研究頻傳佳音

二維半導體材料被視為下世代半導體技術的重要候選材料，但其實際導入元件應用仍受限於材料合成、製程整合與元件驗證等多項技術瓶頸。因此加速二維半導體從基礎研究成果到產業應用的技術轉化，是台灣學界努力的目標。繼2026年7月1日有台灣大學物理學系教授邱雅萍、新加坡國立大學教授李連忠、台灣師範大學物理學系教授藍彥文等人的二維半導體研究成果發表於國際頂尖學術期刊《自然》（Nature）之後，10月1日藍彥文與師大陸亭樺、楊弘偉、成功大學林光儀合作的二維材料研究再次獲《自然》刊登。

新加坡國立大學教授李連忠最早出自中研院原分所，在台積電擔任研發處處長時，曾和台積電研究員陳則安、陽明交大電子物理系教授張文豪合作發表二維半導體：六方氮化硼的研究成果，在2020年3月刊登上《自然》版面引發震撼，因為這是台灣企業首度有研究獲《自然》刊登。當時擔任科技部自然司司長同時也是台灣知名物理科學家的林敏聰認為，台積電如果持續支持研究人員投入基礎研究，未來有可能獲得諾貝爾獎。但爭取諾貝爾獎並不是台積電首要的經營目標，李連忠後來離開台積電並轉往外國學術機關工作。據相關人士透露，李連忠未來不排除會回台灣發展。

藍彥文、邱雅萍、李連忠合作首創「臨場剖面掃描顯微半導體檢測技術（Operando Cross-sectional STM）」，以原子級空間解析度直接量測金屬/半導體接觸邊緣的電子轉移長度（transfer length），為評估電晶體微縮潛力提供重要檢測突破。此開創性的檢測技術，突破過去僅能依賴理論模擬推估的限制，直接揭示次世代半導體元件微縮關鍵實驗證據。

之後藍彥文與台灣師大教授陸亭樺、研究員楊弘偉、國立成功大學核心設施中心林光儀博士，在台灣大學、陽明交通大學及國家同步輻射研究中心共同參與及協助下，成功以化學氣相沉積（CVD）製備1H堆疊雙層二硫化鉬（MoS₂），呈現直接能隙、增強發光與谷極化特性。這項研究再度獲得《自然》的重視並完整刊登。

國科會表示，二硫化鉬是一種過渡金屬硫族化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMDs）具有原子級厚度、優異的電子與光學特性，是「後摩爾時代」次世代電子與光電元件的重要候選材料。單層MoS₂ 具有直接能隙，具有良好的光吸收與發光能力；然而，當材料堆疊成雙層時，常見的2H或3R堆疊會因層間作用改變電子能帶結構，使其轉為間接能隙，導致發光效率下降，成為雙層MoS₂發展光電與谷電子應用（valleytronic applications）的重要限制。

藍彥文等人以原子堆疊方式作為材料設計的關鍵參數。研究團隊發展兩階段化學氣相沉積成長方法，透過控制成長溫度與快速降溫，抑制成長中的原子重新排列為較穩定的3R堆疊，成功形成上下兩層高度對位的1H結構。由於不同堆疊方式會改變層間距離與原子軌域間的作用，進而影響電子能帶與光學性質，因此可在不改變材料成分的情況下，透過原子排列設計調控材料功能。

研究結果顯示，1H雙層MoS₂不僅展現不同於傳統雙層結構的電子能帶，也具有更強的發光表現與明顯的谷極化特性。此結果顯示，原子層之間的相對排列不僅影響電子結構，也會進一步改變材料與光的交互作用，對未來二維半導體光電元件與谷電子元件的設計具有重要意義。

研究團隊並透過多種分析方法進行交叉驗證。原子尺度顯微、電子繞射及第二諧波產生分析確認1H堆疊可在微米尺度範圍內形成；第一原理計算與同步輻射角解析光電子能譜（ARPES）則進一步解析其電子能帶結構。量測結果確認1H雙層MoS₂具有直接能隙特性，並建立從原子堆疊、層間作用、電子能帶到光學功能之間的關聯。

藍彥文認為，這項研究最重要的發現，是二維材料的性質不只取決於「用了什麼材料」，兩層原子「怎麼排列」也很重要。研究團隊透過直接CVD成長，精準控制雙層MoS₂的堆疊方式，在不改變材料成分的情況下，就能重新調整它的電子能帶，讓雙層材料呈現直接能隙、較強的發光與谷極化特性。未來若能更進一步掌握成長條件與原子排列之間的關係，原子堆疊就有機會成為設計新型二維半導體與量子材料的重要工具。

陸亭樺指出，本研究的重要意義在於建立可重複的直接CVD成長方法，而非依賴機械折疊或人工堆疊。透過控制成長動力學，使1H堆疊能在大面積晶體中形成並維持，為未來進一步研究堆疊工程、層間耦合與量子物性提供穩定材料平台。這也讓原本多被視為基礎物理問題的「堆疊方式」，成為可以被製程控制、並用來設計元件功能的重要工程參數。

圖說3：2026年10月1日出版的Nature封面介紹台灣在二硫化鉬的最新研究成果。國科會提供

 
責任編輯：蔡雨婷