半導體產業突破3奈米製程極限
台灣物理團隊比台積電更快超越摩爾定律

新網記者歸鴻亭台北特稿
2018/11/21 下午 06:52:50 / 科技新知

　台灣是半導體產業重鎮，即便連台積電，都致力於尋找超越摩爾定律的先進製程，台灣物理團隊成功研發出超越摩爾定律的二維單原子層二極體，並在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌發表成果。

台灣物理團隊成功研發出超越摩爾定律的二維單原子層二極體。(歸鴻亭攝影)

　摩爾定律是由Intel創辦人高登．摩爾(Gordon Moore)提出。他認為晶片上的電晶體密度會在18至24個月後增加1倍；也就是說，每1年半左右半導體產業在製程技術上有1倍以上的躍進。但台積電創辦人張忠謀於2017年預言，因為技術發展問題，摩爾定律恐在2027年走到盡頭。

　在科技部、成功大學與國家同步輻射研究中心的支持下，成大物理系教授吳忠霖與國家同步輻射研究中心博士陳家浩組成的國內研究團隊成功研發出二維單原子層二極體，更加輕薄、效率更高，可以超越摩爾定律，並進行後矽時代電子元件的開發。

　半導體產業即將面臨積體電路微縮化的3奈米製程極限，因此科學家除了改善積體電路中電晶體的基本架構外，也積極尋找具有優異物理特性，且能微縮至小於1奈米原子尺度的電晶體材料。科技部表示，半導體產業龍頭台積電積極投入先進製程的研發，盼能找出延續、甚至超越摩爾定律的技術，不過台灣的物理團隊搶先一步，研發出僅有單原子層厚度且具優異的邏輯開關特性的二硒化鎢二極體，將對半導體產業帶來重大貢獻與影響。

成大物理系教授吳忠霖說明半導體產業突破3奈米製程極限，，將對半導體產業帶來重大貢獻與影響。(歸鴻亭攝影)

　吳忠霖說明，二硒化鎢與石墨烯同屬二維材料，是一種過渡金屬二硫族化合物，能夠在約0.7奈米的單化合原子層厚度內展現絕佳的半導體傳輸特性，因此和傳統矽半導體材料相比，除了厚度上已經超越3奈米的製程極限，更可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求，而相較於以往只能利用元素摻雜或是加電壓電極等改變電性的方式，這項研究無需金屬電極的加入，是重大突破。

吳忠霖解釋這項突破預期可以超過現今電腦的千萬倍，而且所需能量極少。(歸鴻亭攝影)

　科技部指出，透過這次的研究成果，未來若能將此微縮到極限的單原子層二極體組合成各種積體電路，由於負責運算的傳輸電子被限定在單原子層內，可以大幅降低干擾並增加運算速度，預期可以超過現今電腦的千萬倍，而且所需能量極少，大量運算時，也不會耗費太多能量，並達到節能效果，可帶來更大的產業價值，並滿足未來人工智慧晶片與機器學習所需大量計算效能的需求。