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硼烯基材料：奈米電子學與光電子學的新興平台
更新日期：115年4月1日
文獻上硼烯7種的多相性 (A) χ3 相(B) δ5相(C) δ6 相(D) α相(E) 8-Pmmn相(F) β12相(G) α′-4H相。取自Cheng-Huesh Yang et al., Borophene-based materials as emerging platforms for nanoelectronics and optoelectronics, to be published in Cell Reports Physical Science.
臺灣大學物理學系教授梁啟德與國立中山大學材料與光電科學學系教授杭大任組成的跨校研究團隊，近日在Cell Press旗下指標性物理科學子期刊Cell Reports Physical Science發表關於二維材料新星「硼烯(Borophene)」的重要回顧論文。該研究不僅深入總結硼烯的獨特物理特性、合成進展及應用前景，更為下世代奈米電子學與光電子學的發展提供重要線索。
自石墨烯發現以來，二維材料一直是全球半導體研究的核心之一。而由單層硼原子構成的「硼烯」，因其獨特的「多相性 (Polymorphism)」而備受矚目。與結構單一的石墨烯不同，硼原子因其電子特性，能形成多種不同的晶格排列方式，如χ3 相，β12 相 8-Pmmn等，而這種多樣性賦予硼烯極高的調控彈性，使其具備金屬性、超導性，甚至是高度的各向異性（即不同方向具有不同性質），這給與材料研究者充分的自由度得以探索與運用。
硼烯的結構多樣性與可調控性，使其在下列3個前沿領域具有巨大的潛力
一、奈米電子學：硼烯可用於製造高遷移率場電晶體 (field-effect transistors, FET)、邏輯電路、互連線及柔性電子元件。
二、光電子學：憑藉其非線性光學特性，能應用於寬帶光電探測、光發射、光學開關及諧波產生。
三、能源與感測：高表面活性使其成為優異的儲能平台與生化感測材料。
目前硼烯的商業化仍面臨環境不穩定性、相位控制難度與整合瓶頸的3大障礙。高化學活性、其多相生長高度以及大規模生產與互補金屬氧化物半導體(complimentary metal oxide semiconductor (CMOS)的技術能仍待突破。在理論預測的高遷移率與實際元件開發之間，團隊探討關鍵的穩定化策略，包含表面鈍化與封裝技術，克服硼烯在空氣中不穩定、難以整合的缺點。
就硼烯未來的發展而言，學者可持續專注於通過封裝與鈍化技術提升環境穩定性作為近期發展目標。實現可擴展的化學氣相沉積(chemical vapor deposition (CVD))或分子束外延(molecular beam epitaxy(MBE))生長，並完成原型器件開發是中期目標。利用機器學習輔助材料設計亦值得大力發展。長期目標是建立具備製造規模的良率與可靠性標準，推動其在下一代柔性電子、光電及量子技術中的重要元件。未來隨著半導體產業進入3奈米以下的物理極限，硼烯的超薄特性與極高遷移率，有可能成為處理元件發熱與訊號延遲的新興策略。
