台灣團隊成功研發出單原子層二極體,厚度僅 0.7 奈米

作者 | 發布日期 2018 年 11 月 21 日 15:05 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 晶片 follow us in feedly

積體電路製程突破,由成功大學物理系吳忠霖教授、國家同步輻射研究中心陳家浩博士等人組成的團隊,成功研發出僅單原子層厚度(0.7 奈米)且具優異邏輯開關特性的二硒化鎢二極體。據團隊說法,負責運算的傳輸電子被限定在單原子層內,將大幅降低干擾並增加運算速度,若未來應用在數位裝置,運算速度預期可超過現今電腦千倍、萬倍。



市場上,台積電正在發展 3 奈米投資計畫,3 奈米製程新廠預計 2022 年底第一期開始量產;而實驗室中的科學家則積極尋找能微縮至原子尺度(小於 1 奈米)的電晶體材料,希望讓數位裝置變得更加輕薄、效率更高。

壓縮至原子級的二維材料具有許多獨特物理與化學特性,比如材料界神話石墨烯(Graphene),就是第一個被發現僅碳原子厚度的二維材料,導電度極佳。此外,由於厚度極薄,透過堆疊不同類型的二維材料能展現出不同功能性。

但成功大學物理系教授吳忠霖說,石墨烯不容易成為半導體材料,因此團隊決定選用另一種與石墨烯同屬二維材料的過渡金屬硫屬化合物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDs):二硒化鎢(WSe 2 ),並成功研發出厚度僅 0.7 奈米、又具優異邏輯開關特性的二硒化鎢二極體。

相比以往傳統的矽半導體材料,吳忠霖說,二硒化鎢二極體厚度上已超越三奈米製程極限,可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。

在實驗中,團隊也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,就能打開、關閉電流以產生 1 和 0 邏輯訊號,能大幅降低電路製程與設計複雜度,避免短路、漏電或互相干擾的情況發生。

雖然該研究成果還只限於實驗室中,但未來若能將此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,將能大幅增加運算速度,預期可超過現今電腦運算速度千倍甚至萬倍,而且耗能量極少,可滿足人工智慧晶片或機器學習的大量運算需求,或者未來手機充一次電可以使用長達 1 個月。

該團隊新論文發表在《自然通訊》(Nature Communications)期刊。

(首圖來源:科技新報)

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