臺大跨國團隊突破二維電子元件關鍵材料瓶頸 研究刊登於《Nature》

臺灣大學材料科學與工程學系教授周苡嘉團隊，與日本東京大學、中央研究院應科中心攜手組成的國際合作團隊，近期於國際頂尖期刊《Nature》發表突破性研究。此研究展示新型材料設計工藝，成功製備晶圓級成長的單層p型硼碳氮 (BCN) 半導體，透過在原子尺度上將碳原子摻入單層氮化硼 (BN) 的晶格中，實現p型半導體高電洞遷移率特性，克服二維CMOS技術中長期缺乏高效能p型材料的瓶頸。這項成果將透過原子取代改變電子態的材料設計概念應用於單層BCN。

互補電子電路是現代電子電路的基礎，需要n型半導體傳輸電子，p型半導體傳輸電洞。二維半導體可以減薄至僅幾個原子層，有望應用於下一代微型電晶體和三維整合。然而，儘管高性能n型二維半導體的研究正在取得進展，但與之相當的p型材料卻十分有限，如何同時實現高傳輸性能和大面積生長一直是一大挑戰。

研究團隊首次成功製備出晶圓級碳BCN，透過將碳原子取代單原子層BN晶格中以改變電子態，使BCN展現出p型半導體特性。 此外，透過控制兩種原料分子的反應路徑，此原子級結構可擴展成長至2英吋。本文結合原子級解析度電子顯微鏡、掃描穿隧譜、第一原理計算和電晶體性能評估等方式，研究碳原子取代、電子態和p型電導率之間的關係。此成果展示此新型的p型二維材料，並進一步橋接原子級材料設計與晶圓級半導體。未來，透過更精確地控制碳取代的量和位置，有望開發出一種材料技術，實現對BCN載流子濃度和電子態的原子級設計和控制。預計BCN可與二硫化鉬等n型二維半導體結合，用於互補電子電路中。

這項研究由臺灣大學材料科學與工程學系周苡嘉教授團隊、東京大學Vincent Tung教授團隊、中研院應科中心包淳偉研究員團隊，共同領導合作完成。本文第一作者之一的黃張勳博士為周教授所指導畢業的博士生及博士後研究員，特別感謝由國家科學及技術委員會長期提供研究經費支持，與臺大研發處的博後聘任資源。研究成果已於2026年9月30日在 Nature期刊線上發表。

研究成果全文: https://www.nature.com/articles/s41586-026-11047-9