文 / 譚偉晟

除了極紫外光（EUV）微影、3D 封裝，台積電還有哪些延續「摩爾定律」的絕招？看一個登上《自然》的材料研發成果，如何替台積電取得三奈米以下製程的發展優勢。

今年 1 月，三星高調宣布已成功開發三奈米晶片製程，就在三星叫陣的同時，台積電反將一軍，直接從材料領域關鍵環節大步超前。

頂尖學術期刊《自然》（Nature）3 月刊物，一篇由台積電與交通大學成員合作發表的文章，揭露「晶圓級單層單晶氮化硼」生產技術，這是台積電技術研究處團隊與交通大學特聘教授張文豪的重要研發結晶，不僅領先全球，更能有效提升三奈米以下晶片效能。

這一篇期刊文章刊出後，廣受半導體界關注，主要原因在於，全球科學家已面臨傳統半導體材料的物理瓶頸，突破瓶頸的方法之一，就是利用二維材料解決電子傳輸干擾問題，這個集結化學、物理、電子三大領域人才研發出來的結果，巧妙地成為台積電在先進製程上的優勢。

登上《自然》期刊受矚 突破半導體材料的物理瓶頸

台積電技術研究處處長李連忠說，這項研究計畫是要解決製程微縮後出現的電子干擾難題，能有幸刊登在《自然》上，靠的是團隊實驗精神，找出過去未曾發現的新理論。

研究的起點，在於 2017 年底李連忠離開學界，加入台積電主持技術研究部門的那一刻。

「我比較實際，不做太理論的東西。」原本在中研院鑽研材料領域的李連忠，加入台積電後，便著手研究新材料。第一步，就是找上有多年交情的張文豪，「他（張文豪）本來是做物理的，他說我讓他轉變了領域。」

過去，張文豪專注研究光譜分析材料中的電子行為，與李連忠所熱中的新材料研發，是兩個不同的專業領域。既然兩者專業不同，為什麼找上張文豪？

「他（李連忠）那時離開中研院，我就接手他的研究。」張文豪說，當時李連忠也交給他一批化學氣相沉積（CVD）設備，這讓交通大學開始有了生產二維材料的能力。

正是生產二維材料的能力，讓李連忠進入台積電開啟相關研究後，回頭找上張文豪。「二維材料有一個好處，它是平面的、非常平整。」李連忠說，二維材料的特性能避免上下端其他材料干擾、確保電子傳輸效率，這對奈米尺度的電晶體效能表現極為重要。

談起二維材料，一般大眾相當陌生，不過，早在 2010 年就有一個二維材料備受關注，就是獲得該年度諾貝爾物理學獎的「石墨烯」。石墨烯強度是鋼的兩百倍，卻和橡膠一樣柔韌，導熱、導電效率皆高。

 

來源：《今周刊》 第 1216 期
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