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延續摩爾定律的解方是Valleytronics?

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科技產業資訊室 -黃松勳 發表於 2018年5月17日

圖、延續摩爾定律的解方是Valleytronics?
 
幾十年來傳統的電晶體材料與製程技術改進,使微晶片製造商將更多的電晶體載入有限的矽半導體體積內,得以維持摩爾定律。然而,現今,因傳統材料的基本限制,晶片製造商不能將更多的電晶體裝入更小的空間,因此限制電子電路的效能提升與持續微小化。
 
全世界的研究人員都在找尋可以在更小空間中進行運算的新材料,利用材料的獨特性質,提供的額外自由度,在相同空間內計算更多的位元。例如,自旋電子學,對於電晶體是一種概念,它可以利用材料中電子的上下自旋作為電晶體的開/關狀態。
 
另一種新的方法就是Valleytronics,利用適合的晶體材料,在特定照明條件下,可以高度選擇性反應,作為表示其開/關狀態。根據與利用材料獨特的電子能帶結構,可以將 0s 和 1s 的資訊存儲在獨立不同的電子能谷(energy valley)
 
美國國家能源部的勞倫斯柏克萊國家實驗室與加州大學柏克萊分校的研究人員在 Nature Communications 期刊上發表的研究發現,硫化錫(SnS)是一種 Valleytronics 的電晶體材料,能夠吸收不同的偏振光,然後在不同的偏振下選擇性地重新發射不同顏色的光。這對於同時存取一般材料電子和 Valleytronics 的自由度非常有用,將顯著提高此材料製成的電路之運算能力和數據儲存密度。
 
新的研究發現讓研究人員能夠開發出可運行的 Valleytronics 裝置,並將運行 Valleytronics 裝置整合至傳統的電子電路。除此之外,新的材料在光和電能谷間的獨特耦合也為未來的混合電子--光子晶片進行鋪路。
 
柏克萊國家實驗室的「超越摩爾定律」計劃,是利用柏克萊實驗室和加州大學柏克萊分校的基礎科學能力和獨特的用戶設施,來評估對下一代電子和運算技術有潛力的材料,目標是與業界建立密切的合作夥伴關係,加快從發現技術到擴大規模應用,早日實現商業化。(680字;圖1)
 

參考資料:
'Valleytronics' discovery could extend limits of Moore's Law. Science Daily,2018/5/1
Accessing valley degree of freedom in bulk Tin(II) sulfide at room temperature. Nature Communications,2018/4/13       


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