周苡嘉的发现:半导体革命 更快更省电

    矽谷科学家与工程师正推动一场半导体制造技术革命，从矽晶时代进入「运算材料时代」。多所研究机构的专家们利用多种新的奈米材料，包括金属、陶瓷、聚合物或混合材料，研发多种化学程序，使这些材料在晶圆上形成超细线路，藉由「自行组装」形成电路，来制造半导体。引领风骚近半世纪的半导体「摩尔定律」，可望延续下去。
交大年轻助理教授周苡嘉获重量级《科学》杂志青睐的发现，正是各先端研究所想找到的答案之一。


台湾交通大学电子物理系助理教授周苡嘉，与ＩＢＭ华生研究中心的跨国研究有重大突破，研究成果刊登在昨天出版的科学期刊。 记者陈正兴／摄影


奈米时代 摩尔定律不灭

一九六五年，英特尔公司的创始人之一摩尔根据观察提出预测，一个尺寸相同的晶片上，所容纳的电晶体数量，因制程技术的提升，每十八个月会加倍，后来被称为摩尔定律。新材料可望让摩尔定律在奈米时代延续下去。

纽约时报报导，多个机构所研发的新材料，可能在未来十年内重新塑造运算的世界。

科学家探索各种新材料

科学家相信，将这些奈米线路与传统的晶片制造技术相结合，将制造出一种新的电脑晶片，大幅降低未来制造晶片的成本，且使晶片的效率更高、用电更省。研究人员目前正利用超级电脑，对多种新材料进行模拟。

周苡嘉是在美国纽约ＩＢＭ华生研究中心完成该实验，位于加州的ＩＢＭ爱曼登研究中心科学与科技主任纳拉扬表示，「关键就在于『自行组装』。你必须靠自然的力量来为你工作。」



不需电路印刷机 省成本

ＩＢＭ目前正使用一些聚合物进行实验，在矽晶圆上形成电路。他表示，使用「自行组装」技术，未来很可能就不再需要电路印刷机，使半导体的制造成本大幅降低。

加州山狄亚利弗莫尔国家实验室的研究人员十二月也发表报告，陈述新材料的进展，称之为「金属有机架构（ＭＯＦｓ）」。材料是金属离子与有机分子的结晶组合，目前实验室正利用高效能电脑进行模拟。

山狄亚实验室化学家阿兰多夫表示，有了ＭＯＦ，分子就能够被精确的安排，创造出本身就能进行特定行为的材料。

锡合金 比超导体更优

由史丹福大学华裔物理学家张首晟领导的研究团队，也设计出一种锡合金材料，只有单一分子那样薄，预估能在室温下达到百分之百导电，效率与「超导体」相当，但超导体只有在接近绝对零度（摄氏零下二七三度）时才能达成。

这种材料的表面或边缘具有高度导电性，但内部却是绝缘体。研究人员表示，化学结构是在单层的锡原子上，添加一些氟原子。张首晟团队称这种新材料为「史丹尼（stanene）」。这种材料的优势，在于可以轻易与当今的晶片制程相结合，使新世代的半导体既能提高速度，且能降低耗电量。

这种材料仍在进行验证中。张首晟表示，德国、中国及洛杉矶加州大学都在进行研究：「一旦我们拥有预测材料的能力，就是半导体制造技术转型的时候了。」

小档案／会自己组装的奈米线


三五族奈米线在不同环境下，成长速度和长出来的晶体形状也不同。左图显示每个原子层的成长速度有很大的变动，结构中的缺陷较多，右图则显示成长速度稳定，缺陷较少，是未来较佳的应用状态。