成大首創全電式"自旋電晶體" 開創資訊產業新革命

新網記者黃小玲台北特稿
2015/2/5 下午 06:08:09 / 科技新知

　電晶體使用的範圍廣闊，如線上購票、網路銀行、晶片卡、手機、電腦等等與生活密不可分，而科技方面舉凡太空科技、基因解密、生物醫療都需要倚靠電腦裡的電晶體運算能力來協助，其發展的重要性可想而知。

國立成功大學物理學系副教授陳則銘(中)與他的研究團隊成大物理學系碩士生何昇晉、莊博任。(歸鴻亭攝影)

　國立成功大學物理學系副教授陳則銘所領導的團隊成功開發出次世代電晶體，名為「自旋電晶體」(spin field-effect transistor)，藉由電子自旋的特性，顛覆傳統電晶體運作方式，解決當前電晶體發展所遭遇的瓶頸。

　陳則銘表示，傳統的研發是縮小電晶體體積，加快運算速度，製程技術也不是問題，電晶體因量子效應侷限絕不能小於5奈米；若電晶體沒有創新，未來10年內相關科技產業將都只能裹足不前。

　他說，20年前科學家就提出自旋電晶體(spin field-effect transistor)的構想，有機會取代現行的電晶體，若成功研發將是半導體電子產業的重大發明，此概念曾被《自然》(Nature)雜誌選為近百年來科學發展的重大里程碑之一。

國立成功大學校長蘇慧貞說明 「自旋電晶體」有機會取代現行的電晶體。(歸鴻亭攝影)

　歷經多年全世界皆無人實踐這個理想，其困難度在於第1、磁性材料的自旋注入效率極低；第2、磁性材料與積體電路IC難以結合；第3、電子力學自旋相位難以控制與相互干擾。陳則銘5年來持續投入奈米領域中「自旋電晶體」的研究，並在一年內帶領碩士生團隊開發新型態的自旋電晶體，是世界首創的「全電式」自旋電晶體，擺脫傳統自旋電晶體需「電」和「磁」結合的框架，成功創新電晶體的模型架構，是未來半導體產業發展的先驅，可以預期自旋電晶體將改變運算速度的侷限，為人類生活帶來更便利、更有效率的契機。

　除了樣品委由英國團隊代製，其餘實驗研究與數據量測都是成大團隊一手包辦，陳則銘說，電晶體研發成功，它的運算速度將遠超過目前電腦的千萬倍，科幻電影的情節未來都可能發生在現實生活中。這項研究成果陳則銘與成大物理學系碩士生何昇晉、莊博任撰成〈All-electric all-semiconductor spin field-effect transistor〉論文，發表於《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)國際期刊。