2015-02-05 11:13:00

世界首創全電式自旋電晶體,未來電腦資訊產業的新革命

2015-02-05 11:13:00 | Share this post:

國立成功大學物理學系陳則銘教授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。這項研究成果勢必成為下一輪資訊革命新突破,為未來生活科技帶來嶄新的願景。

 

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該篇研究論文“All-electric all-semiconductor spin field-effect transistor”發表於2015年1月頂級期刊-Nature Nanotechnology(自然奈米科技)。不僅獲得該期刊撰寫專文特別報導介紹,並在期刊封面被特別選出為當月份之亮點研究。該期刊為全世界所有奈米科技相關領域中最重要的研究期刊。其影響因子(impact factor,為評斷期刊重要性及影響力的指標)為33.265,比一般國人較為熟知的指標性期刊Science的31.477還高。最難能可貴的,執行該研究論文的第一作者莊博任、何昇晉兩人,均為成大培育出來的碩士生。

成大於2月5日於台北舉行成大陳則銘副教授研究團隊研發次世代電晶體記者會,校長蘇慧貞率同理學院院長柯文峰、物理學系主任蔡錦俊教授、陳家駒教授、陳則銘副教授、學生莊博任、何昇晉等人,與外界分享此一重大研究成果。

蘇慧貞校長讚揚年輕的陳則銘老師做出受世界肯定的研究,這突破性的研究將為台灣資訊業帶來很重要的影響。蘇慧貞校長說,台灣在國際頂尖期刊發表的論文很多,但主要作者是年輕碩士班學生的並不多見,成大非常驕傲有這樣的機會介紹這個重大發現。從很多面向可以定位過去成大產學合作的能量,都是奠基在高階的基礎研究、以及對世界未來有影響性的研究,今後成大仍將秉持這樣態度繼續努力,對未來產業的發展帶來影響,為產業發展帶來新機會。

蘇慧貞校長也指出,過去台灣好像都替別人代工,替別人製造他們的理想,陳則銘老師與學生的研究,一開始就有創新的想法,且堅持不懈,終能帶來突破性的成果,能有重大突破性的概念發想,重點在於年輕的老師和學生,我們看待這個價值遠比其他成就多很多,這反應了只要我們把設備資源準備好,便能站在發想的前端,掌握了要去改進和突破的源頭。

現行的線上訂票系統、網路銀行、信用卡、手機、電腦,生活中所有大小事都和「電晶體」脫離不了關係。此外,人類科技發展舉凡太空科技、基因解密、生物醫療…等,也都需要強大的電腦運算能力來協助。美國Intel、韓國三星、台灣台積電等半導體龍頭,皆重金投資研發體積小、速度快、效能高的電晶體。而主導數位邏輯0和1運算功能的電晶體,目前正由20奈米縮小為14/16奈米。傳統研發概念主要是縮小電晶體體積,並加速其運算速度,然而無論製程的技術如何突破,電晶體因量子效應的侷限是不可能小過於5奈米。換句話說,若在未來10年內沒有革命性的電晶體被研發出來,相關科技產業將停頓不前。

為解決此問題,早在20多年前,有科學家提出一種新型態的電晶體模型,稱之為「自旋電晶體 (spin field-effect transistor) 」,此概念普遍被認為能取代現行已運行半世紀之久的電晶體架構,而成為未來整個半導體電子產業核心的重大發明,也因此被國際知名的Nature雜誌選為近百年來科學發展重大里程碑之一。但在全世界許多科學家多年的努力下,仍無法將理想具體實踐。而陳則銘副教授團隊僅僅用一年的時間,即跳脫傳統自旋電晶體需「電」和「磁」共同結合的概念框架,以創新的思維成功研發出未來電晶體的模型架構,突破多年來科學家無法把理想具體實踐的困境,成為未來半導體產業發展的先鋒。

 


成功大學物理系陳則銘副教授所領導的團隊成功開發出新型態的自旋電晶體,提出利用量子接觸點(quantum point contacts)來取代原先概念中的鐵磁性材料,並運用改變電壓來操控自旋電子的方向。此方法不僅具體實踐了自旋電晶體此一重要概念,而不需「磁」即可運作的「全電」特性更能有效的與積體電路結合。

陳則銘副教授長期投入奈米領域中「自旋電晶體」的研究,此構想在他腦中醞釀超過五年時間,2012年起協同碩士生莊博任、何昇晉、陳錦宏、范儒鈞等人開始逐步執行,最後順利完成此項科學的壯舉。

據了解,此研究由陳則銘副教授團隊在成功大學進行完成,對此新型態自旋電晶體的設計與開發,以及整體實驗研究設計、量測、數據分析、基本理論模擬、撰寫研究論文等等均由成大團隊獨立完成,而樣品則委託英國團隊幫忙代工製作。對於自旋電晶體的研發成功,陳則銘副教授覺得很開心。他說,未來科幻電影中的情節都有可能成真,運算速度將遠超過目前電腦的千倍、萬倍以上,將來資訊業將大大改寫歷史。

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。對半導體產業而言,這是令人為之一振的信息!新型態自旋電晶體登上Nature Nanotechnology(自然奈米科技)科學期刊,除了概念創新外也在技術上有所突破。該項發明已於2014年6月申請台灣專利,目前佈局美國、韓國專利。

 

 

 

資料來源: 成大新聞中心

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