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美科學家研發新一代量子穿隧方案

上網時間: 2010年11月03日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:量子穿隧  MIM  金屬  絕緣體  電子元件 

美國奧勒岡州立大學(Oregon State University,OSU)的研究人員宣佈,已經利用金屬-絕緣體-金屬(metal-insulator-metal,MIM)架構,找到了一種更好的量子穿隧(quantum tunneling)方案,可望因此催生速度更快、耗電更少、運作溫度更低的電子元件。

量子穿隧能提供超越傳統電流的優勢,在這種模式下,電子(electrons)是會跳躍過元件障蔽,而不是穿越它們;後者會降低電流速度、提高耗電需求並產生過多的熱量。不過傳統的穿隧式二極體(tunneling diodes),採用重摻雜的p-n接面(heavily doped p–n junction),也限制了它們在離散元件內的應用。

MIM二極體採用兩種功函數(work function)不同的金屬,中間以絕緣體分隔;如此能產生一種彈道傳輸機制(ballistic transport mechanism),加速電子在兩種金屬之間的接觸。2007年,一家美國公司Phiar曾展示過一款實驗性質的MIM二極體,能以3.8THz的最高頻率運作;不過據說該研究案因為無法在邁向商業化的過程中克服良率問題,已經宣告失敗。

至於奧勒岡州立大學的研究人員,則聲稱已經藉由用非晶態(amorphous)金屬取代結晶態金屬觸點,解決了可能的良率問題。「我們的解決方案應該可以克服良率問題,並可實現低溫製程;」該大學教授Douglas Keszler表示:「此外也能提供一種隨時調節穿隧元件特性的折衷方法。」

MIM二極體
MIM二極體包含兩種具備不同功函數的金屬,能讓電子快速跨越能隙,又不會消耗過多功率或產生過多熱量

Keszler指出,新研發的MIM製造方法,採用能以相對較低溫生產的非晶態金屬,這為MIM元件開啟了應用在大尺寸顯示器與印刷電子裝置的可能性;該類元件能以各種不同的金屬製作,包括銅、鎳與鋁。接下來研究人員打算以新研發的技術,製作類似歐盟Steep Program研發計畫所提出的三端(three-terminal)穿隧電晶體

(參考原文: Researchers claim better 'quantum tunneling',by R. Colin Johnson)





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