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陽明交大成功挑戰下世代埃米級積體電路技術 可望超越摩爾定律

  • 工商時報 謝易晏
陽明交大光電工程系劉柏村講座教授團隊合影。圖/陽明交大提供
陽明交大光電工程系劉柏村講座教授團隊合影。圖/陽明交大提供

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近年來,隨著半導體技術與產業的快速發展,為了打破元件物理尺度微縮上的限制並持續遵循摩爾定律(Moore’s law)發展軌跡,單晶片三維積體電路(Monolithic

Three-dimensional Integrated Circuits, M3D-ICs)的概念被提出,所謂M3D-IC技術是指電晶體的佈局結構將朝向多層級垂直堆疊邁進,在有限的面積下大幅提高電晶體元件數量的密度,並在未來有望能實現超越摩爾定律(More than moore’s)之目標,以打造更快速且低成本的小型晶片,為進一步的製程微縮帶來希望。

陽明交大光電工程系劉柏村講座教授團隊執行國科會推動的「A世代前瞻半導體專案計畫」,與玉山學者郭育教授(美國德州農工大學)進行國際合作研究,結合材料、元件、電路三個不同的面向,開發可應用於單晶片三維積體電路之互補型場效電晶體技術(Complementary Field Effect Transistor, CFET)(如圖一)。研究團隊採用新穎的氧化銦鎢(amorphous indium tungsten oxide, a-IWO)半導體材料,能在通道只有約幾層原子的厚度下展現優異的電流表現特性,並使邏輯電路成功達到高電壓增益(High Voltage Gain)、皮瓦特(Pico-watt)的極低靜態功耗以及卓越且對稱的雜訊邊限(High Nosie Margin)等高效特性(如圖二)。研究團隊用新穎的半導體材料及創新技術,克服了單晶片三維積體電路技術的技術挑戰,這項研究成果特性可媲美目前半導體工業所使用的矽基元件,達到更優越的電性效能。

可應用於單晶片三維積體電路之垂直堆疊互補式異質場效電晶體(CFET)元件結構以實現超高密度晶片製造。圖/陽明交大提供
可應用於單晶片三維積體電路之垂直堆疊互補式異質場效電晶體(CFET)元件結構以實現超高密度晶片製造。圖/陽明交大提供

本項國際合作的研發成果具有下世代埃米級(Angstrom)積體電路技術應用的極高價值,實現超高電晶體密度之異質晶片材料整合技術,並能在較低的功率損耗下發揮高效能電晶體元件特性。將是接續「摩爾定律」之後,下一個引領半導體技術發展方向的重要指標。此研發成果也已獲國際知名學術期刊《尖端科學(Advanced Science)》刊登(p. 2205481, Jan. 2023. Impact Factor: 17.52,

FWCI: 3.32)。

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