量子干涉電晶體突破矽基極限，開創電子元件新時代

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科技產業資訊室 (iKnow) - 黃松勳發表於 2024年4月3日

圖、量子干涉電晶體突破矽基極限，開創電子元件新時代

現代電子產品的核心元件就是電晶體，隨著元件不斷地縮小，傳統矽基電晶體的製程與效能已逐漸接近極限。為突破這個瓶頸，來自英國和加拿大的國際研究團隊利用量子干涉效應，成功研發出單分子電晶體原型。新型電晶體管不僅開關效率更高，更具備低耗能和高可靠度等優點，有望應用於下一代電子元件。

科技的發展讓電子元件不斷微型化，但傳統矽基電晶體在奈米尺度下會面臨諸多限制，如量子效應導致漏電流問題。因此，研究人員正試圖尋求新型切換機制與材料，克服矽基電晶體的瓶頸。研究團隊採用了量子干涉原理，製造出一種全新的單分子電晶體管設計。

這種新型電晶體的核心是一個單一鋅卟啉(zinc porphyrin)分子，將其置於兩片石墨烯電極之間。利用量子干涉效應，透過調控施加電壓，就能控制電子在穿過分子時發生建設性(On)或破壞性(Off)干涉，實現精確的開關切換。與傳統矽基電晶體管不同，這種量子干涉設計可有效消除漏電流的問題。

研究人員發現，這種單分子電晶體具有極高的開關比，能夠精準地切換開關狀態，同時擁有卓越的穩定性和可靠度，一個單分子電晶體就能經歷數十萬次的開關循環運作而不會損壞。此外，量子干涉效應還有助於降低電晶體的亞閾值擺幅(Subthreshold swing)，提高了電晶體的效率。

儘管目前的研究仍處於初期階段，但研究人員對這種單分子電晶體有著樂觀的期待。他們認為，利用量子干涉控制電子流動的概念，未來或許能催生新一代電子元件，並應用於電腦、智慧型手機乃至醫療設備等各種領域，為下一波電子革命帶來全新的可能。

這項突破性的研究成果展現了量子力學在奈米電子學中的潛力。透過巧妙運用量子干涉，研究團隊打造出一種全新的單分子電晶體設計，不只解決了傳統矽基電晶體的限制，也開拓了提升電子元件效能與節能潛力的嶄新道路，對未來科技發展也可能帶來革命性的變革。(728字；圖1)

參考資料：
New Single-Molecule Transistor That Uses Quantum Interference Could Lead To Smaller, Faster, More Energy-Efficient Transistors. The Quantum Insider, 2024/03/25.
Quantum interference could lead to smaller, faster, and more energy-efficient transistors. Science Daily, 2024/03/25.
Quantum interference enhances the performance of single-molecule transistors. Nature Nanotechnology, 2024/03/25 ; DOI: 10.1038/s41565-024-01633-1.

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