台积电，重磅突破，为告别硅做准备
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编辑部 2026-09-06 11:18 安徽 半导体行业观察：台积电下一代芯片技术，大突破。八月初，台积电携手阳明交大团队，成功开发出高效能的单层二硫化钼（MoS2）顶闸极电晶体，有助突破摩尔定律极限，开启“后硅”时代新契机。 公众号记得加星标⭐️，第一时间看推送不会错过。 台积电下一代芯片技术，大突破。 八月初，台积电携手阳明交大团队，成功开发出高效能的单层二硫化钼（MoS2）顶闸极电晶体，有助突破摩尔定律极限，开启“后硅”时代新契机。 业界指出，为了突破摩尔定律极限，半导体制程后续进入1纳米以下时，探索新材料为必然的路径，二硫化钼成为备受瞩目的新材料，预计在约1纳米以下的0.7纳米（A7制程） / CFET 时代导入。 包括应用材料、阿斯麦（ASML）、AIXTRON、ASM International及Lam Research等半导体设备巨头都积极投入研发对应二硫化钼新材料的设备与技术需求，透露其获得重视的程度。 众所周知，手机、电脑甚至未来的AI智慧装置，都需要运算速度更快、耗电更低的半导体晶片。然而，传统硅半导体技术，已逐渐逼近物理极限。 为此，全世界科学家都在寻找下一代半导体材料，而“二维半导体”因为薄到只有原子级厚度，被视为延续摩尔定律，让晶片持续微缩与提升效能的重要关键。 在台湾当局支持下，阳明交大电子物理系、中研院应用科学研究中心教授张文豪团队，携手台积电Iuliana Radu博士团队及阳明交大半导体工程学系教授李宗恩，针对二维半导体长期以来面临的“介面问题”提出解决方案。 张文豪表示，未来二维半导体真正的竞争，不只是材料，而是介面工程。这项技术最大价值是建立可广泛应用于不同二维半导体材料的平台技术。未来可望发展出更高速、更低功耗的电子元件，并与现有的半导体制程完美结合，为“后硅时代”的晶片技术奠定重要基础，也再次展现台湾在次世代半导体领域的创新实力与国际竞争力。 以下为论文正文编译，仅供参考： 利用外延界面工程实现的 高跨导二硫化钼顶栅晶体管 高跨导是场效应晶体管的一项关键性能指标，直接影响电压增益、开关速度和带宽。在二维场效应晶体管中，要实现高跨导，需要满足等效氧化层厚度低、沟道长度缩小以及载流子迁移率保持不变这三个条件——而这三个因素很难同时进行优化。 通过集成高介电常数(high-k)介电层，可以实现较小的等效氧化层厚度(小于1 nm)，但这种缩放通常会引入与介电层相关的散射，从而降低迁移率并限制跨导。本文表明，通过外延界面工程方法，可在等效氧化层厚度约为1 nm的情况下，制备出单层二硫化钼顶栅场效应晶体管，其高跨导值可达0.45 mS µm −1 。我们在超高真空环境下直接在二硫化钼上生长外延铝膜，随后进行原位低压氧化，形成外延衍生氧化铝界面层。该层支持氧化铪的均匀集成，并抑制了介电诱导散射，从而实现了强栅极控制，且未出现明显的迁移率下降。 具有高跨导(gm)的场效应晶体管(FET)是现代电子系统的基本组成单元。在模拟和射频电路中，高跨导可实现大电压增益和宽带宽工作；而在数字逻辑中，它有助于实现快速开关和低功耗。二维(2D)材料，如过渡金属二硫化物，由于其原子级厚度、高迁移率、静电可控性以及与后端集成工艺的兼容性，是下一代晶体管的潜在平台。 然而，要在二维场效应晶体管(2D FET)中实现高gm，需要对三个相互依存的因素进行优化：短沟道长度、低等效氧化层厚度(EOT)以及高载流子迁移率。这种相互依赖关系可表示为：其中μ为载流子迁移率，COX为单位面积栅氧化层电容(与EOT或等效电容厚度(CET)成反比)，LG为沟道长度，VDS为漏极电压。该关系表明，gm的提升取决于静电缩放(通过增加COX)和短沟道设计(通过缩短LG)，同时也取决于保持较大的载流子迁移率μ。在二维场效应晶体管中，同时优化这三个参数是一个根本性的挑战，特别是因为介电层缩放往往会通过界面和远场散射效应导致迁移率下降。 最近的研究进展主要集中在缩小电极间距(EOT)上，以改善二维场效应晶体管(2D FET)的栅极控制。介电层集成面临的困难源于二维材料表面缺乏悬空键，这阻碍了采用标准原子层沉积(ALD)法生长高介电常数(high-k)介电层时的成核过程，从而导致形成带有针孔的多孔氧化层。目前已开发出表面预处理、改良型ALD、转移介电层和界面种子层等技术，并报道了令人鼓舞的结果，其中包括使用金属氧化物、有机分子晶体(PTCDA)和无机分子晶体(Sb₂O₃)作为种子层的情况。因此，在EOT ≃ 1.0 ± 0.1 nm的条件下，实现了近乎理想的亚阈值摆幅(SS)、高电流开/关比和低栅极泄漏。已探索了各种成核材料(包括硅、锗、铪、钆和铝)，并利用硅成核层实现了小于1 nm的EOT。 然而，仅靠EOT还不足以保证高gm，特别是在短沟道器件中。二