黃廷叡、何亞奇 / 工研院機械所
【前言】
IEEE NANO 2025在美國華盛頓(Washington, D.C.)舉行，為全球奈米科技領域最具影響力的國際研討會之一，由IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)主辦。會議旨在促進奈米科學與奈米工程之跨領域學術交流，涵蓋奈米材料、奈米元件、奈米製程、奈米光電、奈米電子、奈米系統等多元主題。IEEE NANO聚集來自世界各地的科學家、工程師、研究人員、業界專家，分享最新研究成果、技術創新及應用發展趨勢。會中安排高階主題演講、口頭報告、海報展示與專題研討，為參與者提供深入交流與合作的機會。
【內文精選】
研討會內容分享
1.Scalable sensing Platforms Based on Two-dimensional Materials: Focus on Epitaxial Graphene on SiC
講者/機構：Paola Barbara (Georgetown University)
(1)研究背景與報告目的
近年來，二維材料(2D materials)因其獨特的電性與光學特性，已成為高效能感測元件與先進電子技術的重要研究方向。其中，石墨烯因具有零能隙特性、線性電子能帶結構(Dirac Cone)、高電導率、高熱導率等優勢，長期受到學術界與產業界的高度關注。其載子遷移率可達數千至數萬cm²/V·s，顯著優於傳統半導體材料如矽，因此在高頻電子元件與感測應用方面展現高度潛力。然而，石墨烯缺乏能隙亦造成開關比不足，限制其於數位邏輯與運算電路中的實際應用。
目前主流石墨烯的製備方式為化學氣相沉積(CVD)，雖可生長大面積石墨烯薄膜，但往往伴隨多晶結構、轉移製程所引入之雜質、缺陷與皺褶問題，導致材料均勻性與電性表現的一致性受到限制。相較之下，外延式石墨烯(Epitaxial Graphene; EG)可直接於矽碳化物基板上經由高溫處理形成石墨烯層，無需轉移製程，具備優異的晶體品質與電子傳輸特性，不僅適用於高頻與精密感測應用，亦展現高度的製程穩定性與可擴展性，符合產業化發展需求，因而成為本演講重點探討之核心技術平台（圖一）。
圖一、現場拍攝石墨烯感測平台技術
(2)製程技術與材料特性比較與討論
• 化學氣相沉積法
化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition; CVD)係透過碳氫化合物氣體於銅等金屬種子層上熱分解，進而形成石墨烯薄膜。此製程可有效控制石墨烯之層數與膜厚，並具備良好的面積均勻性，目前已成為最成熟且廣泛應用之商業化製程之一。然而，CVD成長之石墨烯多為多晶結構，晶界散射與晶粒邊界效應會導致載子遷移率明顯下降。此外，石墨烯由金屬基板轉移至目標基板（如SiO₂）之過程中，常引入皺折、氣泡與有機或無機污染物，進而影響其表面電性表現與元件可靠性。雖然CVD製程具備大面積量產能力與高度成熟度，但在材料品質一致性與電性精準控制方面，仍面臨相當的技術挑戰。
• 矽碳化物外延石墨烯
外延式石墨烯(Epitaxial Graphene on SiC)係透過熱解製程，將矽碳化物基板加熱至約1,300℃以上，使表面矽原子揮發，殘留碳原子於表面重新排列，進而形成單層或多層石墨烯結構。此方法可直接於半絕緣或半導體型SiC基板上成長石墨烯，無需後續轉移製程，有效避免轉移過程中所產生的結構缺陷與污染問題。相較於CVD製程，SiC外延石墨烯在晶體品質、材料均勻性、電子傳輸特性方面具有顯著優勢，特別適用於高頻、高靈敏度感測及精密電子應用。雖然該製程之設備與材料成本相對較高，但其優異的材料性能使其在高端應用領域中具備高度的發展潛力與實質應用價值。
(3)小結
本內容清楚比較CVD與SiC外延石墨烯之製程差異與材料特性，論述聚焦於高頻與高可靠度應用，突顯外延石墨烯於高階感測與電子元件之關鍵優勢，具高度學術與產業價值。在此，建議各界---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。