清大開發(fā)新元件 新一代積體電路核心
清大在國科會經(jīng)費支持下研發(fā)有機會成新一代積體電路核心的元件。圖片來源：國科會
國立清華大學在國家科學及技術(shù)委員會（國科會）經(jīng)費支持下，成功開發(fā)新型「凡德瓦爾異質(zhì)結(jié)構(gòu)」，讓能谷極化可透過電操控方法來達成，甚至還有機會利用此元件，實現(xiàn)全新半導體編碼技術(shù)、大量資料處存、量子運算，成為新一代積體電路的核心，提高臺灣半導體國際競爭力。
國科會指出，從個人電腦、智能電子產(chǎn)品、電動汽車、物聯(lián)網(wǎng)、到5G通訊產(chǎn)業(yè)，都與半導體工業(yè)循著摩爾定律發(fā)展，為科技和社會帶來許多變革有關(guān)，現(xiàn)今摩爾定律發(fā)展，逐漸逼近矽材料的物理極限，加上人們對運算速度需求，探索可在更小空間中進行運算的新材料，並利用材料的獨特性質(zhì)，提供的額外自由度，在相同空間內(nèi)計算更多的位元，藉以延續(xù)摩爾定律，已成全球半導體產(chǎn)業(yè)關(guān)注議題。
國科會說明，能谷電子元件是利用材料獨特的電子能帶結(jié)構(gòu)，在特定條件下，可將資訊存儲在獨立不同的電子能谷（Energy valley），符合上述提及，透過額外自由度、延續(xù)摩爾定律等條件，增強電路之運算能力和數(shù)據(jù)儲存密度。單層過渡金屬二硫族化合物，被視為發(fā)展能谷元件的理想半導體材料，但利用激發(fā)光的圓偏振特性，並不容易達到能谷自旋極化現(xiàn)象。
由清大劉昌樺、鄭弘泰、邱博文等3名教授組成的研究團隊表示，新型凡德瓦爾異質(zhì)結(jié)構(gòu)，包含由新穎的二維層狀磁性材料(Fe3GeTe2)，和數(shù)原子厚的二維絕緣體(六方氮化硼)所構(gòu)成的磁穿隧電極，利用Fe3GeTe2此材料的優(yōu)異特性，透過實驗和理論，證實此穿隧電極，可將自旋載子注入過渡金屬二硫族化合物的特定能谷中，產(chǎn)生能谷極化，並初步驗證能谷電子元件，在未來能被實際應(yīng)用的可能性。
研究團隊強調(diào)，單層二維磁性材料，自2017年首度被證明可單獨存在，便成為新的研究熱點，許多團隊在過去數(shù)年，揭發(fā)磁性在原子級別下的特殊物理現(xiàn)象，及二維磁性材料與其他二維材料堆疊，所產(chǎn)生的特殊界面耦合效應(yīng)，而目前研究大都圍繞二維磁性材料的基本物理性質(zhì)，其應(yīng)用端仍鮮少被探討。
研究團隊表示，團隊首度將二維鐵磁性材料，應(yīng)用在能谷電子元件和磁光電元件，不僅說明此材料，在元件應(yīng)用上的新契機，也為未來量子元件發(fā)展奠定基礎(chǔ)，而本研究成果已於今年5月，正式發(fā)表於國際知名學術(shù)期刊「自然奈米科技」（Nature Nanotechnology） ，並獲選為期刊7月份封面。
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國科會清大清華大學半導體