10年內改變世界 快來認識魔法鐵電電晶體
編譯／高晟鈞
2021年，由麻省理工領導的研究團隊利用氮化硼創造了一種新型的超薄鐵電材料，被認為在電腦記憶體領域擁有巨大應用潛力。在此基礎上，同一團隊已經裡用這種材料成功製造一個電晶體，其性能超過了當今所有鐵電體的行業標準。作者更是表明這項研究成果，有望在10到20年內改變世界。
新型氮化硼
所有鐵電材料都同時具備壓電性和鐵電性：前者是透過施加機械壓力，造成材料內部發生極化而在表面產生電荷的特性；後者是指材料在一定温度範圍內會產生自發極化的特性。當對鐵電材料施加外部電場時，材料中的電荷會切換方向，從而反轉極化；這一現象可用作改變位元狀態的開關。
研究團隊在2021年所報導的新型鐵電材料，是基於相互平行、厚度只有原子級別的氮化硼，在自然界中並不存在。而當對此平行結構施加電場時，氮化硼材料的一層會在另一層上滑動，從而改變硼和氮原子的位置。
魔法鐵電材料
新型氮化硼電晶體的特殊之處在於，儘管兩層氮化硼僅僅滑動約幾埃米（Å,
10-10公分 ）的距離，卻可以作為位元狀態的開關，並且滑動過程中不會有任何的磨損。這意謂著，即使新型電晶體使用1000億次也不會退化。
由傳統材料製成的記憶體，每次寫入和擦除快閃記憶體時，都會出現些微的效能下降；這是因為隨著時間推移，材料會被磨損。因此，科學家必須使用複雜的方法來分配晶片上讀解的位置。而新型電晶體的問世，將使得這些製程變得無用。
魔法鐵電材料氮化硼的卓越特性包含了：在奈秒尺度上進行高速的位元狀態切換（0與1）；超過1000億次開關後，仍舊沒有任何性能退化的現象。這魔法的背後，來自於只有十億分之一厚的氮化硼材料，是世界上最薄的材料之一。這將允許更密集且更節能的電腦記憶體儲存。（越薄的材料意謂著超低的電壓）
儘管如此，由於製程過於困難，目前新型電晶體不力於大規模生產。但這種新型鐵電材料的驚人特性，或許真的能在十至二十年內改變世界。
資料來源:TechXplore
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