Only Perception: 全電式自旋電晶體成大研究躍國際期刊

2015-02-07

全電式自旋電晶體成大研究躍國際期刊

◆ 電晶體革命成大研究躍國際期刊
http://udn.com/news/story/6886/690276

聯合報記者林秀姿／台北報導 2015-02-06

電晶體體積越來越小、速度越來越快，但業界預料1、20年後恐會遇到瓶頸。成功大學團隊研發出「全電式自旋電晶體」，可以取代傳統電晶體，且速度快上1千倍，科幻電影情節中的超級電腦有望成真，研究成果還登上今年1月的國際頂級期刊「Nature Nanotechnology」（自然奈米科技）封面。

成大物理系副教授陳則銘表示，線上訂票系統、網路銀行、信用卡、手機、電腦等都會用到電晶體，但傳統電晶體面積與速度都有極限。現在iPhone 6使用的是20奈米（十億分之一公尺），而台積電正在研發16奈米，英代爾正在研發10奈米；但科學家知道，發展到5奈米已是極限，未來10年若突破不了，將重創2500億美金的資訊產業。

陳則銘說，電晶體運轉原理就像水流在跑，中間有閘門，水流通過就是1，關起來就是0，如何加速閘門的開關，就能掌握速度。因此，世界各國科學家提出新型態的「自旋電晶體」，結合電和磁，透過磁性來改變自旋電子方向，讓電晶體更省電、運算速度更快。

但是，經過數年實務運作，科學家發現磁性材料注入後，和積體電路難以結合。

成大團隊陳則銘帶領研究生莊博任、何昇晉、陳錦宏與范儒鈞等人，自2012年起，跳脫利用磁性材料的思考模式，改採改變電壓來操控自旋電子的方向，重新改寫傳統電晶體的運算速度，並且更節省電力，比如現在英代爾研發的電晶體，若需要1伏特來啟動閘門讓電子改變方向，全電式自旋電晶體只需十分之一的電力，卻能達到1000倍的效能。

第一作者成大物理系博士生何昇晉和莊博任兩人在實驗階段，每天苦思不同對策，由於儀器設備及線路設計較為複雜，訊號也極度微小，因此，幾乎都在夜間實驗，每天耗12個小時以上，兩人每周平均分配2至3天熬夜。

何昇晉說，希望此研究最後可以落實在產業界，協助半導體革命。

◆ 每天泡實驗室12小時八年級生拚出頂尖研究
http://udn.com/news/story/6886/690277

聯合報記者林秀姿／台北報導 2015-02-06

費時1年多埋首實驗室裡，終於研發全球首創的「全電式自旋電晶體」。成大校長蘇慧貞讚嘆，這種突破性研究全部都是本土學者、學生做出來，可見台灣人才具競爭力，概念也十分創新，只是需要整合資源，投資改善設備，讓人才有舞台可發揮。

六年級生的成大物理系副教授陳則銘，帶領八年級學生做出頂尖研究，他說，不外乎搏感情，找到研究熱情。成大物理系博士生何昇晉從碩一時就加入陳則銘的研究團隊，他說，實驗室不只是硬梆梆的研究，陳則銘還會帶他們打球、打電動，甚至舉辦露天烤肉趴，感情更緊密。

何昇晉說，2012年開始研究時，讀了許多國際期刊，大多圍繞在磁性材料的突破，但他覺得既然舊方法有這麼多問題，「何不打掉重練？」他認為，科技每條路都是未知，唯有走一遭才知道行不行得通。因此，他和同學莊博任整天不泡在實驗室，反覆做實驗，也遇過寂寞的撞牆期。

撞牆期時，兩人接受陳則銘的建議：「離開實驗室。」莊博任說，當時整整休息兩個月，不做實驗，僅放空找資料，讓大腦重新運轉。兩人說，再回到實驗室時變得比較有衝勁，最後半年幾乎都以實驗室為家，每天超過12小時做實驗，「即使爆肝也很有趣。」

莊博任畢業後選擇到產業界，何昇晉則繼續在成大攻讀博士，希望有一天兩人可以「產學合作」，讓實驗室的點子一一在產業界落實。

※ 相關報導：

＊ All-electric all-semiconductor spin field-effect transistors
http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n1/full/nnano.2014.296.html

Pojen Chuang, Sheng-Chin Ho, L. W. Smith, F. Sfigakis,
M. Pepper, Chin-Hung Chen, Ju-Chun Fan, J. P. Griffiths,
I. Farrer, H. E. Beere, G. A. C. Jones, D. A. Ritchie &
Tse-Ming Chen.
Nature Nanotechnology 10, 35–39 (2015)
doi: 10.1038/nnano.2014.296

＊ Spin transistors: Closer to an all-electric device
http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n1/full/nnano.2014.305.html