台灣團隊突破技術瓶頸，於二維材料 h-BN 實現鐵電性

由國家同步輻射研究中心（國輻中心）、成功大學、淡江大學組成的研究團隊，首度在石墨烯上成功堆疊出「具鐵電性的超薄六方氮化硼（h-BN）薄膜」，並證實其能穩定切換電極極性，有望促進超小型、高效率電子元件發展。

「鐵電性」就像材料內部具有一個可自由切換的電極性開關，能精確控制電流流向，尤其適合用於記憶體、感測器及低功耗運算裝置，然而傳統鐵電材料通常較厚，難進一步微型化。

近日，國輻中心、成功大學、淡江大學組成的研究團隊帶來突破，成功在僅原子層級厚度的二維材料 h-BN 上實現鐵電性。

h-BN 具備與石墨烯相似的超薄結構和高穩定性，因此又稱「白色石墨」，過去常因其天然對稱的晶體結構難以自發產生鐵電性，成大吳忠霖教授團隊經過多年努力，以「電漿輔助分子束磊晶技術（MBE）」在碳化矽晶片先成長高品質單晶石墨烯，再於其上逐層精準堆疊 h-BN，並藉由在介面自然形成的摩爾紋（Moiré Pattern），誘導出具非對稱且可透過電場切換堆疊的極化結構。

這項技術不僅突破長期技術瓶頸，更實現晶圓級尺寸的擴充性與高度穩定性。

國輻中心鄭澄懋研究員表示，團隊以國輻中心台灣光源（Taiwan Light Source，TLS）進行角解析光電子能譜（ARPES）量測，清楚觀測到不同層數 h-BN 與石墨烯異質結構中的能帶變化，淡江大學薛宏中教授團隊理論計算則驗證非對稱鐵電堆疊結構的存在及特徵。

成大陳宜君教授更進一步證實，此次開發出的超薄 h-BN 薄膜不僅能穩定控制極性，在極簡元件架構下也能展現清晰鐵電記憶特性，可望應用於超高速、低功耗的複雜矩陣—向量運算，為次世代記憶體及 AI 晶片重要基礎。

此外，由於 h-BN 與石墨烯、二硫化鉬（MoS₂）等其他二維材料具高度結構相容性，未來可透過堆疊式異質結構晶片設計，推動台灣半導體及光電產業重大技術革新。

新論文發表在《先進材料》（Advanced Materials）期刊。

（首圖來源：國輻中心提供）