吳碧娥╱北美智權報 編輯部
面對AI、高效能運算與低功耗電子需求快速成長，半導體元件持續微縮與新材料開發已成為全球科技競爭關鍵。在國科會「晶創台灣」及前瞻半導體相關計畫支持下，台灣師範大學物理學系教授藍彥文、台灣師範大學物理學系教授陸亭樺與成功大學核心設施中心博士林光儀共同領導研究團隊，結合台灣大學、陽明交通大學及國家同步輻射研究中心的研究能量取得重大突破。團隊成功以化學氣相沉積（CVD）製備出1H堆疊雙層二硫化鉬（MoS₂），呈現直接能隙、增強發光與谷極化特性，為次世代光電與量子元件設計開啟全新方向。
打破雙層結構限制，翻轉間接能隙劣勢
二硫化鉬具備原子級厚度與良好的電子、光學特性，被視為後摩爾時代先進電子與光電元件的重要候選材料。單層二硫化鉬具有直接能隙，具備良好的光吸收與發光能力；然而當材料堆疊成雙層時，常見的2H或3R堆疊會因層間作用改變電子能帶結構，使其轉變為間接能隙，導致發光效率大幅衰退，成為雙層二硫化鉬發展光電與谷電子應用的重大限制。
獨創CVD降溫技術，精準調控層間原子排列
為克服這項物理瓶頸，研究團隊以原子堆疊方式作為材料設計的關鍵參數，獨創發展兩階段化學氣相沉積成長方法。透過精準控制成長溫度與快速降溫機制，團隊成功抑制成長中的原子重新排列為較穩定的3R堆疊，順利形成上下兩層高度對位的1H結構。這項技術證實了在不改變材料成分的情況下，僅透過原子排列設計調控層間距離與原子軌域作用，即可有效改變電子能帶與光學性質，賦予材料全新功能。
多重驗證確立直接能隙，奠定量子元件設計基礎
研究結果顯示，1H雙層二硫化鉬不僅展現不同於傳統雙層結構的電子能帶，更具備較強的發光表現與明顯的谷極化特性。團隊透過原子尺度顯微、電子繞射及第二諧波產生分析，確認1H堆疊可在微米尺度範圍內形成；並藉由第一原理計算與同步輻射角解析光電子能譜（ARPES）進一步解析其電子能帶結構，量測結果確立1H雙層二硫化鉬具備直接能隙特性，完整建立從原子堆疊、層間作用、電子能帶到光學功能之間的關聯。
台灣師範大學物理學系教授藍彥文表示，這項研究最重要的發現，在於證明二維材料的性質不只取決於用了什麼材料，兩層原子「怎麼排列」更是關鍵。團隊透過直接CVD成長精準控制雙層二硫化鉬的堆疊方式，在不改變材料成分的情況下重新調整電子能帶，確認這些優異變化確實來自堆疊方式的改變。未來若能更進一步掌握成長條件與原子排列之間的關係，原子堆疊技術將有機會成為設計新型二維半導體與量子材料的重要工具。
參考資料：
- 2026/10/2，國科會「從原子排列出發，精準控制層間結構 開啟二維材料新功能，拓展光電元件設計方向」。
- 2026/9/23，Nature: Stacking-induced direct band gap in CVD-grown 1H MoS₂ bilayers.
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