臺(tái)灣團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出單原子層二極體，厚度僅 0.7 nm

積體電路制程突破，由成功大學(xué)物理系吳忠霖教授、國(guó)家同步輻射研究中心陳家浩博士等人組成的團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出僅單原子層厚度(0.7 nm)且具優(yōu)異邏輯開(kāi)關(guān)特性的二硒化鎢二極體。據(jù)團(tuán)隊(duì)說(shuō)法，負(fù)責(zé)運(yùn)算的傳輸電子被限定在單原子層內(nèi)，將大幅降低干擾并增加運(yùn)算速度，若未來(lái)應(yīng)用在數(shù)位裝置，運(yùn)算速度預(yù)期可超過(guò)現(xiàn)今電腦千倍、萬(wàn)倍。

市場(chǎng)上，臺(tái)積電正在發(fā)展 3 nm投資計(jì)劃，3 nm制程新廠預(yù)計(jì) 2022 年底第一期開(kāi)始量產(chǎn);而實(shí)驗(yàn)室中的科學(xué)家則積極尋找能微縮至原子尺度(小于 1 nm)的電晶體材料，希望讓數(shù)位裝置變得更加輕薄、效率更高。

壓縮至原子級(jí)的二維材料具有許多獨(dú)特物理與化學(xué)特性，比如材料界神話石墨烯(Graphene)，就是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)僅碳原子厚度的二維材料，導(dǎo)電度極佳。此外，由于厚度極薄，透過(guò)堆棧不同類型的二維材料能展現(xiàn)出不同功能性。

但成功大學(xué)物理系教授吳忠霖說(shuō)，石墨烯不容易成為半導(dǎo)體材料，因此團(tuán)隊(duì)決定選用另一種與石墨烯同屬二維材料的過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔?Transition Metal Dichalcogenides，TMDs)：二硒化鎢(WSe 2 )，并成功研發(fā)出厚度僅 0.7 nm、又具優(yōu)異邏輯開(kāi)關(guān)特性的二硒化鎢二極體。

相比以往傳統(tǒng)的硅半導(dǎo)體材料，吳忠霖說(shuō)，二硒化鎢二極體厚度上已超越三nm制程極限，可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。

在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)也利用單層二硒化鎢半導(dǎo)體與鐵酸鉍氧化物所組成的二維復(fù)合材料，展示調(diào)控二維材料電性無(wú)需金屬電極，就能打開(kāi)、關(guān)閉電流以產(chǎn)生 1 和 0 邏輯訊號(hào)，能大幅降低電路制程與設(shè)計(jì)復(fù)雜度，避免短路、漏電或互相干擾的情況發(fā)生。

雖然該研究成果還只限于實(shí)驗(yàn)室中，但未來(lái)若能將此單原子層二極體組合成各種積體電路，由于負(fù)責(zé)運(yùn)算的傳輸電子被限定在單原子層內(nèi)，將能大幅增加運(yùn)算速度，預(yù)期可超過(guò)現(xiàn)今電腦運(yùn)算速度千倍甚至萬(wàn)倍，而且耗能量極少，可滿足人工智能芯片或機(jī)器學(xué)習(xí)的大量運(yùn)算需求，或者未來(lái)手機(jī)充一次電可以使用長(zhǎng)達(dá) 1 個(gè)月。