新興科技的快速發展、晶片戰爭與地緣政治風險，造就各國晶片在地化生產的風浪再起，矽時代的新賽局也隨之開展。各國企業在高利潤先進製程相繼投入更多資源，開發下世代半導體製造技術，使半導體產業競爭更加激烈。

為維持台灣半導體技術在全球保持領先地位，本前瞻技術產學合作計畫整合各領域的專家組成三個團隊，以新穎材料(T1)、前端元件(T2)、後段連接(T3)三個方向達成次奈米世代半導體所需技術。

 分項計畫1   新穎材料 (奈米膜工程與元件、二維材料)

本分項致力於研發與優化前瞻二維場效電晶體元件開發，並由場效電晶體之基礎架構分四大方向進行團隊合作，分別對於金氧半穿隧二極體、上閘極 N/P型二維材料電晶體與接觸摻雜技術 、多層二維材料、發展功函數可調之導電氮化物，作為超薄閘極電極、掃描穿隧能譜檢測技術與元件效能模擬等方面進行技術開發與探討。

金屬閘極在場效電晶體元件架構中是非常重要的組成要件，研發超薄型閘極電極材料為發展未來場效電晶體元件的關鍵議題。因此，本分項1將開發導電氮化物作為超薄閘極電極解決薄金屬之導電性能與界面相容性等問題。團隊也將提出利用特殊設計的氧化層厚薄組合，於超薄氧化層金氧半穿隧二極體元件於偏壓切換時，調控少數載子因分布不均勻引起額外的暫態特性，作為記憶元件相關應用。

同時，也期望能透過近期蓬勃發展的機器學習技術，探索材料設計的相關應用，並以自組裝單分子層和選擇性沉積為核心技術。因此，探索機器學習在分子設計的應用，可說是實現快速開發新材料的關鍵契機。

二維材料次奈米世代的元件架構，除目前使用之閘極全環電晶體架構設計技術(GAA-FET) 外，以其他新穎材料取代傳統矽材料做為通道層的電晶體架構設計也被視為可延續摩爾定律(Moore's Law) 的關鍵研發方向。對此，分項1將對於上閘極N與P型二維場效電晶體進行開發，以降低元件的次臨界擺幅(subthreshold swing) 與等效二氧化矽厚度(equivalent oxide thickness, EOT) 為主要目標，改善二維材料與high k material接面缺陷的問題，開發高效能的二維材料電晶體元件。

隨著低維度材料整合的製備與技術日益發展，對於全二維材料組成的金屬─半導體同質介面(homojunction) 結構的介面物理機制，仍缺乏合適的微觀探測技術，因此本分項將開發金屬－半導體介面奈米尺度量測技術，以釐清低維度的金屬─半導體同質介面中的關鍵電子傳輸特性。最後，結合第一性原理模擬與蒙地卡羅的計算方法，模擬二維材料的電子性能以找出適切的通道候選材料，並對上下閘極等電晶體結構對於電晶體元件表現的影響進行測試，探討其臨界擺幅(Subthreshold Swing, SS) 與二氧化矽厚度差異。

 分項計畫2    前端元件(記憶體、前瞻元件及模擬)

隨著人工智慧技術的迅速發展，實現高能效與高運算需求已成為未來AI應用的重要課題，而高密度前瞻元件、記憶體及低溫運算技術則是關鍵。本團隊將聚焦於前瞻元件、低功耗記憶體及低溫半導體元件物理的深入研究，分別對於具調變臨界電壓之閘極、低功耗鐵電記憶體元件及電路設計與分析、高介電係數閘極介電層、三維CFET基礎邏輯閘、低溫電晶體之載子傳輸特性與模擬等方面進行技術開發與探討。

分項2-1將專注於可調功函數金屬閘極的研究，實現高度精確的臨界電壓調控(Vt)目標。分項2-2將探討超低操作電壓與低功耗鐵電元件技術，研究與後段製程相容的鐵電元件，進一步與邏輯元件整合，提高記憶體密度，同時滿足後段製程的熱預算需求。分項2-3將深入研究提升high-K介電層之介電係數的薄膜結構與材料製備技術，以實現小於1 nm的EOT。分項2-4將研究垂直互補式電晶體(CFET)，並利用異質整合、功函數調整、應力控制及電偶極技術，全面開發CFET的潛力。分項2-5將利用低溫高磁場技術，深入探索低溫下影響元件載子傳輸的因素，並在分項2-6中建立完整的模型與數值分析軟體，以協助未來低溫晶片的設計，提供更精確的電路性能分析和雜訊預測。

 分項計畫3    後段連接(金屬連接、金屬氧化物電晶體)

分別對於高效能多層石墨烯互連導線、自組裝分子薄膜的設計及製程、電解離子化學機械平坦化、非矽材之次世代 low-k薄膜材料、N型金屬氧化物電晶體之後段相容製程技術、高效能閘極介電層與元件特性等方面進行技術開發與探討。

隨著互連技術發展，導線的線寬也將隨之微縮，進而使元件RC delay與功耗上升。在高電流密度的條件下，導線材料須滿足高抗電遷移能力、低電阻以及良好的散熱特性，石墨烯同時具備了超越傳統金屬的電性與機械強度之潛力，被視為下一代革命性之新型互連材料。本分項研究將開發多層石墨烯互連導線，以解決多層石墨烯應用於互連導線可能遇到的問題。

互連技術中阻擋層材料也為重點製程技術之一，本分項研究也將透過功能化自組裝分子薄膜技術，滿足連接技術中金屬擴散或是新穎導線材料的阻擋層及low-K材料被電漿製程破壞後的修復層等製程需求。

除了互連技術開發，本分項研究將同步發展與半導體後段製程相容之電晶體技術。金屬氧化物半導體被視為極具潛力的後段製程電晶體通道材料，目前成熟之金屬氧化物電晶體以N型為主，本分項研究將透過金屬氧化物半導體主動層成分與結構的調變，以研發與後段製程相容之高載子遷移率之N型金屬氧化物薄膜電晶體。