臺大領銜研發「臨場顯微半導體檢測技術」發表於《自然》期刊　為次世代晶片微縮建立關鍵直接檢測技術

臺灣大學物理學系邱雅萍教授研究團隊研發「臨場剖面掃描穿隧顯微半導體檢測技術(Operando Cross-sectional STM，Operando XSTM)」，能在半導體元件實際通電運作狀態下，以原子級空間解析度直接量測金屬與半導體接觸邊緣的電子傳輸行為。研究團隊聯合新加坡大學李連忠教授與臺師大藍彥文教授研究團隊共同合作，首次直接量測二維半導體電晶體接觸邊緣的載子轉移長度，成果已於2026年7月1日刊登於《自然》期刊(Nature 655, 350-356 (2026))。

這項研究直接突破半導體元件領域接觸微縮的檢測瓶頸。電晶體微縮不只是縮短通道，金屬與半導體之間的接觸區同樣必須同步縮小，而接觸區中載子實際完成注入的有效載子轉移長度(LT)正是決定接觸電阻與元件能否在極限尺寸下正常運作的核心物理量。過去，產學界只能依賴傳輸模型(TLM)從一系列不同接觸尺寸元件的電性量測，間接外推載子轉移長度。然而，此方法採用的簡化假設條件，已不再適用於二維半導體電晶體體系，因而導致近期不同二維半導體電晶體體系研究間的載子轉移長度估算值差異高達10倍以上，可信度存疑。

物理學系邱雅萍教授研究團隊以近20年在臺灣深耕剖面掃描穿隧顯微術的技術積累為基礎，創新地將半導體元件整合至既有的超高真空量測平台，在超高真空環境中對元件進行機械劈裂，使乾淨的元件結構剖面得以直接暴露於量測探針前方，同時保留元件的電性操作功能。研究團隊並同步建置一套臨場操作態偏壓自動化控制系統，有效抑制量測過程中的熱漂移並降低人工擷取數據所引入的誤差，使探針得以在元件施加閘極電壓與源汲極電壓的真實操作狀態下，對於金屬與二維半導體界面處，關鍵接觸邊緣附近的局域電子結構進行逐點掃描量測。透過追蹤與接觸邊緣距離之增加，而造成MoS2導帶邊緣的系統性偏移，研究團隊得以確認並量測載子注入的有效空間範圍，直接獲得載子轉移長度的實驗數值，無需依賴任何模型假設。

實驗檢測結果顯示，以半金屬鉍(Bi)作為接觸金屬的單層二硫化鉬(MoS₂)電晶體，其載子轉移長度約2奈米。這一數值不僅遠小於TLM方法從同一元件外推所得的9.25奈米，實證支持Bi/MoS2接觸工程潛力具備支援次世代技術節點。此外，研究團隊亦將同一檢測方法應用於以HfO₂為介電質的MoS₂元件、p型PdSb/WSe₂元件及絕緣層上矽(Silicon on Insulator, SOI)元件，均直接展示量測到對應的載子轉移長度，驗證此技術平台的跨材料可通用性。

此研究展現臺灣在跨領域於先進半導體界面工程的自主整合能量。臺大研究團隊發展臨場半導體檢測技術平台，臺師大研究團隊負責二維材料元件製作與電性分析，新加坡大學研究團隊共同投入二維材料、結構分析與模擬研究，形成橫跨材料、元件、量測與理論的國際合作模式。

此研究感謝國科會「Å世代前瞻半導體技術專案計畫」、臺大重點科技研究學院、台積電臺大聯合研發中心、台積電前瞻研究計畫、臺大與中研院創新性合作計畫、臺大新穎材料原子級科學研究中心（教育部高教深耕特色領域研究中心計畫）、臺大奈米機電系統研究中心、中央研究院原子與分子科學研究所、國家同步輻射研究中心(NSRRC)、台灣半導體研究中心(TSRI)等單位於經費、技術與設施上的大力支持。

研究成果全文：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10707-0