長庚大學校訊

長庚大學先進半導體材料研究中心：引領次世代原子層材料創新

化材系 吳明忠教授

隨著科技發展越來越追求高效能、省電和智慧化，「二維半導體」的材料正受到全球關注。這類材料非常薄，只有一到兩層的原子厚度，像石墨烯和二硫化鉬就是代表。因為二維半導體的結構特別，電子在其內部的傳遞得快、耗電少，還具備能調整材料能量特性，被認為是未來有機會取代矽晶片的關鍵材料。傳統矽晶片元件越做越小，卻容易出現漏電和效能降低的問題，而二維半導體有望解決這些瓶頸，讓元件更穩定、更省電。不過，要真正用在產品上還有不少挑戰，例如如何大量製造品質穩定的薄膜、精準控制電子特性、降低金屬接觸的電阻，以及開發出便宜又能跟現有技術相容的製程等。除了提升晶片及元件的效能，二維半導體還因為柔軟又透明，也適合應用在可彎曲的螢幕、穿戴式感測器和輕薄電子裝置上。更厲害的是，它們還能展現出像超導、激子凝聚、拓撲態導電等三維材料少見的奇妙現象，為量子科技和新型電子元件的發展開啟嶄新的可能。

為了跟上全球科技產業潮流趨勢，長庚大學近年來積極投入半導體與新興材料的研究，特別成立了「先進半導體材料研究中心」，整合校內不同領域的師資與資源，打造具有國際競爭力的研發基地。這個中心以材料科學、奈米技術、光電物理和化學為核心，專注研究下一代半導體材料的設計、製作、介面處理和元件應用。研究重點包括二維半導體、寬能隙氧化物、鈣鈦礦薄膜、碳化矽和氮化鎵等功率電子材料。為了支援從原子層製程到元件測試的完整研究流程，中心也配備了多項先進設備，包括金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）、原子層沉積（ALD）、拉曼光譜與光致螢光複合系統（Raman/PL/SHG）、原子力顯微鏡（AFM/KPFM）、探針台及太陽光模擬器等。

其中，國際知名的二維材料專家童俊智教授加入後，更提升了中心的研究實力。他的研究涵蓋原子層材料設計、不同材料界面的工程技術，以及光電元件的應用。童教授加入長庚大學後，不僅強化了學校在二維材料成長與模擬方面的研究實力，也促進了長庚大學在先進半導體製程與光電元件開發和國際學術交流上的拓展與合作機會，為打造世界級的二維材料研究中心奠定了重要基礎。童教授專注於探索二維層狀材料的成長機制與界面動力學行為，研究的材料種類包括硫化物、碳化物、氮化物、硼烯、鈣鈦礦、氧化物和石墨烯等。在外延理論方面，他的團隊提出了創新的模型，揭示原子層成長過程中的應變調控與缺陷生成機制，並將相關成果發表於《Nature Materials》（2020、2022）、《Matter》（2023）及《Science》（2025）；而他在二維力學研究上，也深入分析了材料在應變、摺疊與界面耦合下的穩定性與電子傳輸特性，相關的成果發表於《Nature Electronics》（2021）與《Nature Nanotechnology》（2022、2023）。這些研究有助於理解材料的結構、性質與功能之間的關係，並為開發高效能的二維電子與光電元件提供理論與技術基礎。此外，童教授也發展了混合維度的凡德瓦爾（van der Waals, VDW）異質結構組裝技術，透過精準控制不同材料之間的界面互動，可在原子層級調整材料能帶與電荷傳輸行為，這項技術已應用於電化學電容器、催化反應、分離設備、藥物傳輸、電子皮膚感測器及高性能複合材料等多個領域。

長庚大學透過「先進半導體材料研究中心」的成立，積極推動二維半導體與層狀材料的研究發展，從理論到應用全面布局，不僅深化了對材料成長的理解，也開啟了這類材料在能源、電子與生醫領域的新篇章。

化材系團隊前往日本東京大學童俊智教授實驗室進行學術參訪後合照