面臨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成為全球科技競爭關鍵。二維半導體材料的功能設計出現新進展。臺灣跨校研究團隊透過化學氣相沉積（CVD），成功製備1H堆疊雙層二硫化鉬（MoS2），使得其呈現直接能隙、增強發光與谷極化特性，突破常見雙層結構的光學限制，為新型光電與谷電子元件提供材料設計方向。研究成果刊載於國際期刊《Nature》。
本研究由臺灣師範大學物理學系藍彥文、陸亭樺教授及成功大學核心設施中心林光儀博士共同領導，結合臺灣大學、陽明交通大學與國家同步輻射研究中心研究能量，並獲得國科會「晶創臺灣」及前瞻半導體相關計畫支持。
臺灣跨校研究團隊突破雙層二硫化鉬堆疊技術限制，以原子排列重塑二維半導體功能。(圖片來源:國科會)
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二硫化鉬具有原子級厚度，是後摩爾時代電子與光電元件的候選材料。其單層結構具有直接能隙，有利於光吸收與發光；但堆疊成常見的2H或3R雙層結構後，層間作用會使能帶轉為間接能隙，降低發光效率，限制光電及谷電子應用。
研究團隊開發兩階段CVD成長方法，透過控制溫度與快速降溫，抑制原子重新排列成較穩定的3R堆疊，形成上下兩層高度對位的1H結構。此方法不需改變材料成分，即可藉由調整原子排列，改變層間作用與電子能帶，進一步調控光學功能。
研究以原子尺度顯微、電子繞射及第二諧波產生分析，確認1H堆疊可在微米尺度形成；再結合第一原理計算與同步輻射角解析光電子能譜，驗證直接能隙特性，建立原子堆疊、層間作用、電子能帶與光學表現的關聯。
藍彥文指出，二維材料性質除了取決於成分，也受到原子層排列方式影響。此次成果顯示，堆疊結構可成為半導體功能設計的重要參數，亦即材料設計的關鍵要素；未來若進一步掌握成長條件與原子排列的關係，將有助拓展二維半導體及量子材料的元件設計。
【研究成果資訊】
論文標題: Stacking-induced direct band gap in CVD-grown 1H MoS? bilayers
網址:https://www.nature.com/articles/s41586-026-11069-3
