長庚與台日團隊做出二維硼碳氮　2吋晶圓如何補上晶片材料缺口？

（媒角抵加／林承志綜合報導）厚度約0.5奈米的單層材料，能為未來晶片帶來什麼？長庚大學、東京大學、台灣大學及中央研究院等機構參與的研究顯示，團隊在2吋基板上製備硼碳氮（BCN），做出以電洞傳導的p型電晶體。這項9月底發表於《Nature》的成果，替二維材料打造互補電路補上一塊拼圖；能否整合進產線，仍有製程與量產問題要解決。

關鍵資訊

• 研究成果：在2吋尺度製備單層硼碳氮材料，並製作p型電晶體。
• 核心挑戰：讓適合電洞傳導的二維材料，同時具備較佳電性與較大面積的製備能力。
• 實驗數據：東京大學說明，研究評估3次生長批次製作的224個元件；代表元件在室溫下的電洞遷移率約為100平方公分／伏特秒。
• 目前階段：材料與電晶體研究；低溫生長、互補電路整合及量產製程仍待研究。

台日團隊如何合作？

這項研究的《Nature》論文已於2026年9月30日線上發表。依台灣大學說明，研究由台大周苡嘉團隊、東京大學童俊智團隊及中研院包淳偉團隊共同領導，參與機構也包括長庚大學、陽明交大等。

二維半導體為什麼需要p型材料？

晶片裡的電晶體像可受電壓控制的微小開關。常見的互補式金屬氧化物半導體電路，也就是CMOS，會搭配n型和p型電晶體：前者以電子傳輸為主，後者則以電洞傳輸為主。電洞可以理解為電子空出的位置在材料中移動時，呈現出的正電荷載流效果。

東京大學研究說明指出，二維材料可以薄到只有一層或數層原子，對縮小電晶體與堆疊電路有研究價值；但在高效能n型二維材料取得進展之際，兼具良好傳輸性能與大面積製備能力的p型材料仍相對稀少。若要製作互補電路，兩種類型的元件都需要有合適材料與製程配合。

碳融入氮化硼晶格，製成2吋薄膜

硼碳氮由硼、碳、氮組成。團隊選擇以單層氮化硼的原子排列為基礎，讓部分碳原子進入晶格，改變材料的電子狀態，使其呈現p型半導體特性。台大說明指出，研究也透過電子顯微鏡、光譜及理論計算，分析原子排列與導電特性之間的關係。

要在較大面積做出這層薄膜，關鍵是控制原料如何反應。東京大學指出，研究以單甲基胺硼烷（MMAB）和氨硼烷（AB）兩種前驅物，在銅表面進行低壓化學氣相成長，調整含碳物質與硼、氮的供應和反應時序，減少碳聚集成另一類碳材料的情況，讓碳有機會進入氮化硼晶格。

研究人員接著取得2吋尺度的連續單層薄膜。東京大學表示，量到的薄膜階差高度約為0.5奈米；奈米是十億分之一公尺。這個數字描述的是研究材料的厚度，不是晶片製程節點名稱，也不是整顆晶片只有0.5奈米厚。

224個元件測了什麼？

研究不只製備材料，也把薄膜轉移到絕緣層上製作電晶體。依東京大學的元件說明，一個通道長度1微米、寬度5微米的代表元件，在室溫下展現p型動作，電洞場效應遷移率約100平方公分／伏特秒，開啟與關閉狀態的電流比約為1億比1。

遷移率可理解為用來描述載流子在材料中移動容易程度的指標；開關電流比則呈現元件導通與關閉時的電流差距。兩者都與元件結構及測試條件有關；未來手機或AI晶片的速度與耗電量，還取決於電路和系統設計。

東京大學也表示，團隊取自3次材料生長批次，在2吋晶圓不同位置評估224個元件，檢查元件與批次之間的特性分布。對製程研究而言，這有助於觀察材料是否能在較大範圍維持表現；接下來仍要看更多製程條件與整合測試。

《Nature》10月14日發布作者更正：論文圖5d原先的縱軸電流單位標示有誤，已由每微米安培修正為每微米毫安培，期刊表示HTML與PDF版本已更新。引用相關圖表時，應以更正後單位為準。

距離實際晶片還有什麼步驟？

這項成果目前呈現的是單層材料和p型電晶體的實驗表現；用於完整晶片，還涉及材料轉移、不同材料接合、製程溫度與大規模製造等問題。

東京大學列出的後續工作包括降低成長溫度、進一步釐清材料組成與載流特性的關係，並與n型二維半導體結合成互補電路，再探索量產製程。以二硫化鉬等n型材料搭配BCN，是研究團隊提出的發展方向；實際能否形成穩定、可製造的電路，仍待後續實驗驗證。

資料來源與更新紀錄

• 《Nature》：晶圓尺度高遷移率p型硼碳氮研究，2026年9月30日。
• 《Nature》作者更正：圖5d電流單位，2026年10月14日。
• 東京大學工學系：二維硼碳氮研究與測試說明，2026年10月1日。
• 台灣大學：跨國團隊二維材料研究，2026年10月14日。
• 2026年11月3日：建立稿件。