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【IC设计】成大物理团队成功研发二硒化钨二极管 

来源:中时电子报    原作者:李侑珊    

成大物理系教授吴忠霖研究团队,研发出仅有单原子层厚度(0.7纳米),且具优异的逻辑开关特性的二硒化钨(WSe2)二极管,论文已于今年8月获刊于国际期刊《自然通讯 Nature Communications》,满足未来人工智能芯片与机器学习所需大量计算效能的需求。

半导体技术蓬勃发展,即将面临集成电路微缩化的三纳米制程极限,因此科学家除改善积体电路中电晶体的基本架构外,亦积极寻找具有优异物理特性,且能微缩至原子尺度(小于1纳米)的电晶体材料。

在中国台湾科技部、成功大学与国家同步辐射研究中心的支持下,吴忠霖与同步辐射研究中心博士陈家浩,所组成的国内研究团队,在全球众多竞争团队中脱颖而出,成功地研发出仅有单原子层厚度(0.7纳米)且具优异的逻辑开关特性的二硒化钨(WSe2)二极管。

此二维单原子层二极管的诞生,更加轻薄,效率更高,除了可超越「摩尔定律」,进行后硅时代电子元件的开发,追求元件成本、耗能与速度最佳化的产业价值外,更可满足未来人工智能芯片与机器学习所需大量计算效能的需求。

二维材料具有许多独特的物理与化学性质,科学家相信,这些性质能为计算机和通信等多方领域带来革命性冲击。

其中与石墨烯(Graphene)同属二维材料的二硒化钨(WSe2),是一种过渡金属二硫族化合物(Transition Metal Dichalcogenides, 简称TMDs),能够在单化合原子层的厚度(约0.7纳米)内展现绝佳的半导体传输特性,相比以往的传统硅半导体材料,除了厚度上已超越三纳米的制程极限外,可完全满足次世代集成电路所需更薄、更小、更快的需求。

研究团队透过研究,利用兼具高亮度、高能量解析、高显微力的台湾「三高」同步辐射光源,成功观察到可以利用乘载二维材料的铁酸铋(BiFeO3)铁电氧化物基板,能有效地在纳米尺度下,改变单原子层二硒化钨半导体不同区域的电性。

吴忠霖表示,相较以往只能利用元素参杂,或加电压电极等改变电性的方式,本研究无需金属电极的加入,为极重大的突破。

研究团队利用单层二硒化钨半导体与铁酸铋氧化物,所组成的二维复合材料,展示调控二维材料电性无需金属电极的加入,就能打开和关闭电流以产生1和0的逻辑讯号,便能大幅降低电路制程与设计的复杂度,以避免短路、漏电、或互相干扰的情况产生,从事大量运算时,也不会耗费太多能量达到节能的效果。

图片声明:图片来源正版图片库:拍信网

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