加速二维半导体技术转化　台湾学界攻顶研究频传佳音

二维半导体材料被视为下时代半导体技术的重要候选材料，但其实际导入元件应用仍受限于材料合成、制程整合与元件验证等多项技术瓶颈。因此加速二维半导体从基础研究成果到产业应用的技术转化，是台湾学界努力的目标。继2026年7月1日有台湾大学物理学系教授邱雅萍、新加坡国立大学教授李连忠、台湾师范大学物理学系教授蓝彦文等人的二维半导体研究成果发表于国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）之后，10月1日蓝彦文与师大陆亭桦、杨弘伟、成功大学林光仪合作的二维材料研究再次获《自然》刊登。

新加坡国立大学教授李连忠最早出自中研院原分所，在台积电担任研发处处长时，曾和台积电研究员陈则安、阳明交大电子物理系教授张文豪合作发表二维半导体：六方氮化硼的研究成果，在2020年3月刊登上《自然》版面引发震撼，因为这是台湾企业首度有研究获《自然》刊登。当时担任科技部自然司司长同时也是台湾知名物理科学家的林敏聪认为，台积电如果持续支持研究人员投入基础研究，未来有可能获得诺贝尔奖。但争取诺贝尔奖并不是台积电首要的经营目标，李连忠后来离开台积电并转往外国学术机关工作。据相关人士透露，李连忠未来不排除会回台湾发展。

蓝彦文、邱雅萍、李连忠合作首创「临场剖面扫描显微半导体检测技术（Operando Cross-sectional STM）」，以原子级空间分辨率直接量测金属/半导体接触边缘的电子转移长度（transfer length），为评估晶体管微缩潜力提供重要检测突破。此开创性的检测技术，突破过去仅能依赖理论模拟推估的限制，直接揭示次时代半导体元件微缩关键实验证据。

之后蓝彦文与台湾师大教授陆亭桦、研究员杨弘伟、国立成功大学核心设施中心林光仪博士，在台湾大学、阳明交通大学及国家同步辐射研究中心共同参与及协助下，成功以化学气相沉积（CVD）制备1H堆叠双层二硫化钼（MoS₂），呈现直接能隙、增强发光与谷极化特性。这项研究再度获得《自然》的重视并完整刊登。

国科会表示，二硫化钼是一种过渡金属硫族化物（Transition Metal Dichalcogenides，TMDs）具有原子级厚度、优异的电子与光学特性，是「后摩尔时代」次时代电子与光电元件的重要候选材料。单层MoS₂ 具有直接能隙，具有良好的光吸收与发光能力；然而，当材料堆叠成双层时，常见的2H或3R堆叠会因层间作用改变电子能带结构，使其转为间接能隙，导致发光效率下降，成为双层MoS₂发展光电与谷电子应用（valleytronic applications）的重要限制。

蓝彦文等人以原子堆叠方式作为材料设计的关键参数。研究团队发展两阶段化学气相沉积成长方法，透过控制成长温度与快速降温，抑制成长中的原子重新排列为较稳定的3R堆叠，成功形成上下两层高度对位的1H结构。由于不同堆叠方式会改变层间距离与原子轨域间的作用，进而影响电子能带与光学性质，因此可在不改变材料成分的情况下，透过原子排列设计调控材料功能。

研究结果显示，1H双层MoS₂不仅展现不同于传统双层结构的电子能带，也具有更强的发光表现与明显的谷极化特性。此结果显示，原子层之间的相对排列不仅影响电子结构，也会进一步改变材料与光的交互作用，对未来二维半导体光电元件与谷电子元件的设计具有重要意义。

研究团队并透过多种分析方法进行交叉验证。原子尺度显微、电子绕射及第二谐波产生分析确认1H堆叠可在微米尺度范围内形成；第一原理计算与同步辐射角解析光电子能谱（ARPES）则进一步解析其电子能带结构。量测结果确认1H双层MoS₂具有直接能隙特性，并建立从原子堆叠、层间作用、电子能带到光学功能之间的关联。

蓝彦文认为，这项研究最重要的发现，是二维材料的性质不只取决于「用了什麽材料」，两层原子「怎麽排列」也很重要。研究团队透过直接CVD成长，精准控制双层MoS₂的堆叠方式，在不改变材料成分的情况下，就能重新调整它的电子能带，让双层材料呈现直接能隙、较强的发光与谷极化特性。未来若能更进一步掌握成长条件与原子排列之间的关系，原子堆叠就有机会成为设计新型二维半导体与量子材料的重要工具。

陆亭桦指出，本研究的重要意义在于建立可重复的直接CVD成长方法，而非依赖机械折叠或人工堆叠。透过控制成长动力学，使1H堆叠能在大面积晶体中形成并维持，为未来进一步研究堆叠工程、层间耦合与量子物性提供稳定材料平台。这也让原本多被视为基础物理问题的「堆叠方式」，成为可以被制程控制、并用来设计元件功能的重要工程参数。

图说3：2026年10月1日出版的Nature封面介绍台湾在二硫化钼的最新研究成果。国科会提供

 
责任编辑：蔡雨婷