Page 29 - 2019年科技部年報

科技部 第三篇 / 支援學術研究
此項研究成果全文已於2018年3月6日線上發表 至《自然光電》(Nature Photonics 2018, DOI: 10.1038/s41566-018-0112-9)。
2. 超越「摩爾定律」的單原子層二極體
在半導體製程微縮即將終結於三奈米製程 的此時，為尋找能微縮至原子尺度的替代方案將 是未來科技發展之關鍵。臺灣本土凝態物理研究 團隊突破以往只能利用外加電極或元素參雜來調 控二維材料電性的方式，藉由鐵電氧化物基板具 奈米尺度電場調控的特性，成功地製作出單原子 層厚度之二硒化鎢(WSe2)二極體，並具有可 逆讀寫與長時記憶等優異的物理特性。此二維單 原子層二極體的誕生，除了可超越『摩爾定律』 進行下世代電子元件的開發，以追求元件成本/ 耗能/速度最佳化的產業價值外，並可滿足未來 人工智慧晶片與機器學習所需大量電子元件的 需求。研究成果發表在《自然通訊》(Nature
Communications )雜誌。
近半世紀以來，積體電路上可容納的電晶體 數目，依循著摩爾定律約每兩年增加一倍的速度 倍增。然而，積體電路微縮化終究會使得電晶體 電路太細小且太過緊密，讓傳導的電子逃逸出電 路的侷限而互相干擾，進而面臨到電晶體微縮化 的量子物理極限。其中，與石墨烯(Graphene) 同屬二維材料的過渡金屬二硫族化合物 (Transition Metal Dichalcogenides, TMDs)，能 夠在單原子層的厚度內展現絕佳的半導體傳輸特 性，相比以往的傳統矽半導體材料，可完全滿足 次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。
近年來，各式各樣相似結構的二維材料，已 經可以像是積木般的透過堆疊，創建出具有不同 電子傳輸行為的異質層疊結構。然而，因為層層 堆疊的立體結構，減損了原本二維材料能提供電 子在平面上快速傳輸的優異物性，因此如何在同 一個二維材料中，分區地調控電子數目進而建構 出同質二維半導體平面結構成為一大關鍵。本研 究突破以往倚賴利用複雜電極調控二維材料電性 的方式，藉由單原子層厚度之二硒化鎢(WSe2) 半導體，其結構為一層鎢原子夾在兩層硒原子之 間組成單化合原子層的薄膜，放置於一具表面電 場翻轉特性的鐵酸鉍(BiFeO3)鐵電氧化物基板 上，捨棄了傳統利用參雜化學元素調控電子數目 的方式，僅單純地利用鐵電氧化物表面電場的翻
轉，成功地在單原子層厚度二硒化鎢半導體的不 同區域內，增加電子數目(n 型參雜)與降低電子 數目(p 型參雜)，並能在奈米尺度下隨時隨區地 改變此二維半導體的電性，這是以往傳統半導體 電性調控方式所無法達成的。這項電性調控的變 革除了展示了一種全新調控二維材料內電子數目 的方式，並打造出一個極具調控自由度且兼具優 異整流特性的單原子層二極體外，由於此革新的 電性調控方式無需金屬閘極的加入，能大幅降低 製程與電路設計的複雜度，避免單層二維半導體 電路短路、漏電、或互感電路雜訊的產生。
(圖片來源:成功大學物理系暨研究所吳忠霖教授)
3. E-bike創新技術發表會:實踐電動自行車+物 聯網+人工智慧的低碳智慧生活
喜愛騎自行車的民眾，未來將有更智慧 聰明的選擇。中興大學SwiCity團隊研發智慧 單車E-bike，發表兩項創新技術:「無邊際綠 色騎行(Infinity Bike)」與「智慧樂扣(Swi- Lock)」。除帶給使用者全新的公共運輸行動服 務體驗(Mobility as a Service, MaaS)，亦展示 新款自行車的低耗能發電技術，車體並結合物聯 網的強大搜尋連線功能，並支援多種付款機制。
E-bike技術的順利發展，均有賴於本部近年 推動的跨領域整合型研究計畫「建立以社會需求 為核心的技術創新藍圖」。此一有別於一般以產 業需求為導向的計畫，此項計畫以社會需求為核 心，邀請科技、產業、經濟、管理及人文社會等 領域之學者專家，組成跨領域研究團隊，共同面 對國內社會與全球時代性之問題挑戰，以「整體 全局性」(holistic)的思維方式，共同擘畫臺灣 長期的技術創新藍圖。研究團隊從前瞻電池技術 開始，逐步整合產、學、研多達20多家合作單位 與廠商，橫跨在地產業鍊、物聯網企業、電信公 司及手機支付系統公司等不同專業領域的異業結 盟，發表多項專利技術，讓臺灣自行車王國有機
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