台灣是半導體產業重鎮,即便連台積電,都致力於尋找超越摩爾定律的先進製程,而台灣物理團隊搶先一步,成功研發出超越摩爾定律的二維單原子層二極體,並在自然通訊雜誌上發表成果。

科技部舉辦研究成果發表記者會,在科技部、成功大學與國家同步輻射研究中心的支持下,成大物理系教授吳忠霖與國家同步輻射研究中心博士陳家浩組成的國內研究團隊成功研發出二維單原子層二極體,更加輕薄、效率更高,可以超越摩爾定律,並進行後矽時代電子元件的開發,也因此,這項研究成果登上「自然通訊(Nature Communications)」雜誌。

科技部指出,半導體產業即將面臨積體電路微縮化的3奈米製程極限,因此科學家除了改善積體電路中電晶體的基本架構外,也積極尋找具有優異物理特性,且能微縮至小於一奈米原子尺度的電晶體材料。

半導體產業龍頭台積電也積極投入先進製程的研發,盼能找出延續、甚至超越摩爾定律的技術,不過台灣的物理團隊搶先一步,研發出僅有單原子層厚度且具優異的邏輯開關特性的二硒化鎢二極體,科技部直指,將對半導體產業帶來重大貢獻與影響。

科技部解釋,二硒化鎢與石墨烯同屬二維材料,是一種過渡金屬二硫族化合物,能夠在約0.7奈米的單化合原子層厚度內展現絕佳的半導體傳輸特性,因此和傳統矽半導體材料相比,除了厚度上已經超越3奈米的製程極限,更可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。

吳忠霖也說,相較於以往只能利用元素摻雜或是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,是重大突破。

科技部指出,透過這次的研究成果,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,可以大幅降低干擾並增加運算速度,預期可以超過現今電腦的千萬倍,而且所需能量極少,大量運算時,也不會耗費太多能量,並達到節能效果。

科技部最後表示,這項研究成果對於現今的數位科技帶來重大影響,可帶來更大的產業價值,並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。

刊登在「自然通訊(Nature Communications)」雜誌如下

A gate-free monolayer W diode Se2 pn diode

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05326-x

摩爾定律小百科

英特爾創辦人高登摩爾(Gordon Moore)提出

定義:高登摩爾發現,因製程技術提升,晶片上可容納的電晶體密度,約每1824個月便會增加一倍,「摩爾定律」也成為半導體製程技術推進速度的遵循依據。

摩爾定律還能維持多久?受限於技術等問題,摩爾定律的延續面臨考驗,「摩爾定律是否到盡頭」的議題也不斷被提出,但張忠謀2017年仍大膽預測,摩爾定律可能再有10年。

 

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