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清大團隊研發新凡德瓦爾異質結構 半導體競爭力再躍進
新聞來源：聯合新聞網 發佈時間：2022-08-29
2022-08-24 16:23
國科會經費支援，清華大學副教授劉昌樺等人組成研究團隊，成功開發出新型的「凡德瓦爾異質結構」，可應用於能谷電子元件上，解決目前未能有效的以電操控的困境。未來有望進一步利用此元件實現新的半導體編碼技術、大量資料儲存和量子運算，成為新一代積體電路的核心，將有助於國內發展半導體。
半導體工業半世紀以來多循摩爾定律發展，並以此延伸出個人電腦、電動車等產業，但隨科技對運算速度需求提升，以及摩爾定律發展逐漸逼近矽材料的物理極限，科學家近年積極探索，如何在更小空間中可進行運算的新材料，可於相同空間內計算更多位元，延續摩爾定律。
能谷電子元件是利用材料獨特的電子能帶結構，在特定條件下，可將資訊存儲在獨立的電子能谷（energy valley），提升電路運算能力和數據儲存密度，藉以延續摩爾定律。目前學界只能利用光有效達成能谷自旋極化現象，但用光操控對半導體產業並不容易，因此近年多盼找出以「電」來調控的方式。
劉昌樺團隊開發出新型的異質結構「凡德瓦爾異質結構」，結構包含新穎的二維層磁性材料和只有2個原子厚度的二維絕緣體，構成「磁穿隧電極」，並利用二維層磁性材料的特性，達成用電即可操控材質，有利於產業界運用。
劉昌樺也說，材質亦可單獨拆解、組裝，可如同積木一般和石墨烯等其他二維半導體材料結合，讓半導體的客製化自由度更高，也能讓半導體組合有更多可能性且自由度更高。
但研究團隊也評估，若該技術要應用至產業面，目前難題在於該技術需使用二維層磁性材料和二維絕緣體，量產化可能還需要5至10年的時間，但仍評估該技術可持續提升國內半導體競爭力。
該研究成果已於今年5月正式發表於國際知名學術期刊Nature Nanotechnology（自然奈米科技）上 ，並獲選為期刊7月份封面。