積體電路極限0.7奈米 成大開發出單原子厚度二極體

半導體技術雖然蓬勃發展,但即將面臨積體電路微縮化的三奈米製程極限,成大物理系教授吳忠霖與同步輻射研究中心博士陳家浩組成國內研究團隊,成功地研發出僅有單原子層厚度、0.7奈米的二硒化鎢二極體,並在「自然通訊Nature Communications」雜誌上發表研究成果。

研究團隊認為,此二維單原子層二極體的誕生,更加輕薄,效率更高,除了可超越「摩爾定律」進行後矽時代電子元件的開發,以追求元件成本等的產業價值外,也可滿足未來人工智慧晶片與機器學習所需大量計算效能的需求。

二硒化鎢是一種過渡金屬二硫族化合物,能夠在單化合原子層的厚度內展現絕佳的半導體傳輸特性,相比以往的傳統矽半導體材料,除了厚度上已超越三奈米的製程極限外,可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。

研究團隊利用台灣同步輻射光源,成功觀察到可以利用乘載二維材料的鐵酸鉍鐵電氧化物基板,能有效地在奈米尺度下改變單原子層二硒化鎢半導體不同區域的電性。吳忠霖表示,相較以往只能利用元素參雜或加電壓電極等改變電性的方式,發現無需金屬電極的加入,為極重大的突破。

研究團隊說,利用單層二硒化鎢半導體與鐵酸鉍氧化物所組成的二維復合材料,展示調控二維材料電性無需金屬電極的加入,就能打開和關閉電流以產生1和0的邏輯訊號,能夠大幅降低電路製程與設計的複雜度,以避免短路、漏電、或互相干擾的情況產生。

研究團隊指出,未來若能將此微縮到極限的單原子層二極體組合成各種積體電路,由於負責運算的傳輸電子被限定在單原子層內,因此能大幅地降低干擾並能增加運算速度,預期可超過現今電腦的千倍、萬倍,而且所需的能量極少,大量運算時也不會耗費太多能量達到節能的效果,其各項優點將對現今的數位科技發展帶來重大的影響,也許手機充電一次就能連續使用一個月,如果所有的感測、運算速度都比現在快上千、萬倍,行駛霹靂車再也不是夢想。

但吳忠霖說,目前仍無法使用二硒化鎢製作出大面積的晶圓,這是下一個想突破的目標。至於有無業界洽談相關技術,他僅說,自己是做基礎研究的,只想要突破技術的限制。

成大物理系教授吳忠霖與同步輻射研究中心博士陳家浩組成國內研究團隊,成功地研發出僅...
成大物理系教授吳忠霖與同步輻射研究中心博士陳家浩組成國內研究團隊,成功地研發出僅有單原子層厚度、0.7奈米的二硒化鎢二極體,並在「自然通訊Nature Communications」雜誌上發表研究成果。圖/科技部提供
資料來源:聯合新聞網2018-11-21 17:29聯合報 記者林良齊╱即時報導

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