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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
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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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