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實現記憶體內計算 台灣團隊首創二維材料鐵電電晶體

台灣學界在新世代半導體技術取得突破,開發出基於二維材料二硫化鉬的鐵電電晶體,為全球首創,除實現記憶體內計算,與現在技術比較,功耗可降低1000倍、運算速度快至少1000倍,研究成果已登上國際知名期刊,未來甚至有望應用到量子電腦領域。

國科會預見二維材料在半導體領域的巨大潛力,推動「Å世代前瞻半導體專案計畫」及「尖端晶體材料開發及製作計畫」,國立台灣師範大學物理系教授藍彥文、陸亭樺等人組成聯合研究團隊,在鐵電材料領域取得重大突破,國科會於今天舉行學術成果發表記者會。

藍彥文在會中說明,鐵電材料可透過外加電場控制電偶極方向,進而達到儲存資料的功能,同時,鐵電材料擁有極高的讀寫速度,並能夠在斷電情況下持續保存資料,不過,傳統鐵電材料在縮小時,比如降到5奈米左右,就不會再有鐵電效應。

為此,團隊開始探索被預測具有鐵電性的二維材料,最終耗時2、3年,在實驗室開發擁有鐵電性的雙層二硫化鉬(厚度1.3奈米),並將這種鐵電二維材料作為場效電晶體(FET),成為全球首個呈現出鐵電電晶體性質、達到元件級操作的團隊。

藍彥文表示,團隊研究成果的特色是實現In-memory computing(記憶體內運算),即一顆電晶體同時具有記憶體跟計算的功能,可大幅降低功耗、提升運算速度,且與現在的矽晶圓技術比較,功耗可降低1000倍、運算則估計可快至少1000倍。

他進一步表示,現在的電腦裡面是同時裝有記憶體以及CPU,兩者要來回溝通,「就是(CPU)算完以後告訴它(記憶體)存」,若未來把記憶體、計算融合的元件放到電腦,省下來回傳遞、讀取時間,整體速度就會快很多,未來可望應用在大數據處理、甚至是量子電腦領域,對一般民眾來說,則是有望買到「算得比較快的個人電腦 」。

藍彥文指出,團隊研究出的鐵電電晶體元件,製程步驟採用目前在工業界廣泛應用的技術,展現出與工業製程標準的高度相容性,研究成果已於2023年11月底正式發表在國際知名學術期刊「自然電子」(Nature Electronics)。

藍彥文表示,材料相關參數細節已在文章中呈現,內容都是公開的,若業界願意投入,發展出元件沒問題。

國科會指出,此超薄鐵電晶體其因厚度僅2層二維材料原子,具低於3奈米(sub-3nm)技術節點中的關鍵技術潛力,為先進的半導體製程提供理想解決方案選項。

聯合研究團隊成員另包含國立陽明交通大學電子物理系副教授林俊良、國立成功大學物理學系教授陳宜君、國立台灣大學教授李敏鴻,以及台灣半導體研究中心組長李愷信等人。

半導體 奈米 記憶體

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