成大教授研發二硒化鎢二極體 獲刊《自然通訊》國際期刊

成大教授研發二硒化鎢二極體 獲刊《自然通訊》國際期刊

半導體技術蓬勃發展,即將面臨積體電路微縮化的三奈米制程極限,因此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,且能微縮至原子尺度(小於1奈米)的電晶體材料。

在科技部、成功大學與國家同步輻射研究中心的支持下,吳忠霖與同步輻射研究中心博士陳家浩,所組成的國內研究團隊,在全球衆多競爭團隊中脫穎而出,成功地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。

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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,追求元件成本、耗能與速度最佳化的產業價值外,更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。

二維材料具有許多獨特的物理與化學性質,科學家相信,這些性質能爲計算機和通信等多方領域帶來革命性衝擊。

其中與石墨烯(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, 簡稱TMDs),能夠在單化合原子層的厚度(約0.7奈米)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。

研究團隊透過研究,利用兼具高亮度、高能量解析、高顯微力的臺灣「三高」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(BiFeO3)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,本研究無需金屬電極的加入,爲極重大的突破。

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研究團隊利用單層二硒化鎢半導體與鐵酸鉍氧化物,所組成的二維複合材料,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,便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,從事大量運算時,也不會耗費太多能量達到節能的效果。

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