科學期刊《自然》日前發表了一篇新的半導體製程技術，科學家成功開發「下延」（hypotaxy）技術，可在任何基板上直接生長晶圓級單晶二維半導體，解決傳統合成方法的限制。此技術具備低溫生長、製程相容性及高元件效能等優勢，有望加速下一代半導體發展。

隨著人工智慧（AI）技術的飛速發展，對更高性能半導體的需求日益增長，同時，降低半導體設備功耗的研究也備受關注。因此，取代傳統矽的新型半導體材料正成為研究焦點。

其中，過渡金屬硫屬化物（TMDs）等二維材料，因其超薄結構和優異的電學特性，被視為下一代半導體材料的潛力股。然而，目前缺乏高品質合成這些材料並進行工業應用的量產技術。

然而化學氣相沉積（CVD），存在電學特性退化以及需要將生長的TMDs轉移到不同基板上的問題，增加了製程的複雜性。此外，在高度結晶基板上生長TMDs的「外延」方法，也需要轉移過程，並且僅限於特定基板。

因此，基於高品質TMDs開發先進的3D整合技術，已成為現代半導體產業的關鍵挑戰，進一步凸顯了對新型TMDs合成方法的迫切需求。

為了解決這一問題，研究團隊開發了一種全新的生長方法。他們引入了一種利用石墨烯和六方氮化硼等二維材料作為模板的方法，引導TMD晶體排列，從而在任何基板上合成完美的單晶TMD薄膜。

這項名為「下延」（hypotaxy）的技術，是全球首次開發。 「下延」一詞結合了「hypo」（意為「向下」）和「taxy」（意為「排列」），反映了合成薄膜向下生長的特性。

它允許在低溫（400°C）下生長單晶TMDs，與現有的半導體製造工藝相容。此外，石墨烯模板會自然消失，無需後續去除工序，並且可以精確控制金屬薄膜的厚度，以調節TMD層數。這些獨特的特性使下延法有別於現有的方法。

此外，使用下延法合成的TMDs製造的半導體器件，表現出高電荷載流子遷移率和優異的器件均勻性，表明下延法在開發高性能、高整合度二維半導體器件以及下一代二維半導體商業化方面具有巨大潛力。