中研院与东大携手研发新型光电元件发光强度增强46倍

图一 : 中研院应用科学研究中心吕宥蓉??研究员（第1排左3）成功开发以「氮化??（HfN）」表面电浆子闸极调控二维半导体发光的新型元件设计。

中央研究院应用科学研究中心吕宥蓉??研究员与日本东京大学童俊智教授团队合作，成功开发以「氮化??（HfN）」表面电浆子闸极调控二维半导体发光的新型元件设计。

该研究大幅提升二维材料的光与物质交互作用，发光强度最高可比传统矽闸极元件增强约46倍，并於室温下稳定运作。这项突破为未来的低功耗光电元件与晶片级量子光子技术提供了新方向，成果已於2026年5月25日发表於国际知名期刊《自然光子学》（Nature Photonics）。

此项由国科会计画支持的研究，首度利用具备表面电浆子特性的氮化??薄膜，作为单层二硫化??（MoS2）的闸极电极。单层MoS2具有强激子响应，团队透过闸极电场控制，成功精准操控其内部的三激子、双激子等量子准粒子态发光行为。相较於传统金属电极，氮化??同时具备高导电性、热稳定性与半导体制程相容性，克服了过往元件在高温与表面平整度上的限制。

研究团队在大面积单层MoS2与氮化??的异质结构中，进一步整合金奈米圆盘以形成电浆子奈米共振腔。实验结果显示，单凭闸极电压控制，该元件的发光电调控幅度即为传统矽闸极的5倍；而透过共振腔压缩光场并与三激子耦合後，发光强度更可大幅跃升46倍。此制程完整揭示了电浆子闸极调控二维材料量子态的关键机制。

这项技术成功在晶片尺度上同步实现大面积二维材料的电性调控与光场增强，有效解决高度积体化系统的损耗问题。未来该技术有??广泛应用於晶片上可重组光源、可见光通讯、低功耗光电调变器，以及次世代二维材料量子光电元件等前瞻科技领域。