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半導體超級新星磷烯(Phosphorene)可望商業化應用

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科技產業資訊室 - Hana 發表於 2015年8月27日
擁有全球前兩大半導體企業的韓國,為鞏固半導體霸主地位,仍在新興材料與創新技術的研發上不斷投資與精進。隸屬於韓國「未來創造科學部」旗下的基礎科學研究院與知名工科大學研究團隊,日前在知名科學期刊「Science」發表了高性能半導體材料-磷烯的研發結果,研究顯示磷烯的高導電特性不亞於石墨烯,卻又足以克服石墨烯不易控制電流的致命缺點,故被半導體業視為未來的超級明星,若日後能成功商業化,對於LED或電腦晶片製造方面將有革命性的突破。

過去被業界稱為半導體的夢幻材料的石墨烯,因具備比鐵還剛硬、導電速度比銅更快的物理特性,而被視為半導體技術研發瓶頸的突破點。然而成也蕭何敗也蕭何,物質的能隙愈趨近0eV,則其電流的流動速度就越快;石墨烯因沒有能隙(Band Gap)而造成電流傳導速度較快,但卻也因為沒有能隙而導致控制電流的困難度增高,導致商業的應用遲遲無法克服。然而,日前韓國研究團隊發表在「Science」期刊上的磷烯材料卻有可能打破此僵局。


磷烯是一種2D物質、厚度為0.5nm,只有頭髮的十萬分之一,並可依照使用需求,客製化作為導體或絕緣體;再者,石墨烯的導電性比現在普遍使用的矽材料要快上數十甚至數百倍,磷烯同樣具備此特性;但另一方面,石墨烯棘手的能隙問題,磷烯卻能藉由表面吸附鉀原子形成電場後再轉換成能隙,克服過去石墨烯的應用瓶頸。半導體目前普遍使用的矽材料能隙為1.1eV,相較之下,磷烯的能隙則能控制在0~0.6eV之間,因此,當磷烯的能隙控制在0eV時,其物理特性就和石墨烯一樣。簡單的說,磷烯就是可以自由控制能隙大小的石墨烯。

該研究團隊提出的研究結果,讓磷烯可望取代石墨烯,成為半導體產業的當紅炸子雞。韓國「未來科學創造部」亦表示,日後將直接利用磷烯去製造電晶體,若能克服磷烯容易氧化的問題,預計幾年內就可以商業化。有了政府的支持,有助縮短磷烯研發與推廣時程,而在未來成為半導體產業主要材料。倘若成真,屆時韓國的半導體霸主地位恐將更難以動搖。(798字;圖1)

圖一、2D半導體磷烯及其表面上吸附鉀原子的模型圖
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資料來源:聯合新聞


資料來源:
  1. 고성능 반도체 후보물질 '포스포린' 실용화 길 찾았다聯合新聞,2015/08/14。網址http://www.yonhapnews.co.kr/bulletin/2015/08/13/0200000000AKR20150813178700017.HTML?input=1195m


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