半導體版台灣之光!台灣團隊找到超越摩爾定律關鍵材料

(source : Flickr / Steve Santore)

台積電創辦人張忠謀曾於2017年預言,因為技術發展問題,摩爾定律恐在2027年走到盡頭。半導體業者無不積極開發新技術力求突破,而身處半導體產業重鎮的台灣也展現出技術實力!

厚度超越3奈米製程極限,發展重大突破榮登國際期刊

因半導體技術的蓬勃發展,將面臨積體電路微縮化的3奈米製程極限,科學家除改善積體電路中電晶體的基本架構外,亦積極尋找具有優異物理特性且能微縮至小於1奈米的電晶體材料。

由成大物理系吳忠霖教授與同步輻射研究中心陳家浩博士組成的國內研究團隊,成功研發出僅有單原子層厚度(0.7奈米)且具優異的邏輯開關特性的二硒化鎢(WSe2)二極體。吳忠霖教授表示,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,本研究無需金屬電極的加入,為極重大的突破,研究成果亦發表在國際期刊「自然通訊(Nature Communications)」。

二維復合材料降低製程設計複雜度,滿足次世代積體電路研發需求

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/耗能/速度最佳化的產業價值外,並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。

與石墨烯(Graphene)同屬二維材料的二硒化鎢(WSe2),是一種過渡金屬二硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides, TMDs),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,相比傳統矽半導體材料,除了厚度上已超越3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。

本研究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,展示了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,這樣能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。

超越摩爾定律,不僅節能還可帶給電腦更強運算力

未來若能微縮到極限的單原子層二極體組合成各種積體電路,能大幅降低干擾並能增加運算速度,預期可超過現今電腦的千萬倍,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。該團隊認為,以現階段積極發展的自動駕駛汽車來說,如果所有的感測、運算速度都比現在快上千萬倍,行駛霹靂車或將不再是夢想。

資料來源:

科技部:超越『摩爾定律』的單原子層二極體 我國物理團隊亮眼成果榮登《Nature Communications》雜誌