半導體材料令人意外的隱藏活性 有助電子設備發展
編譯／高晟鈞
來自賓州州立大學的一項研究表明，用於傳統IC封裝半導體晶片的基板材料對於資訊處理與半導體材料同樣重要。透過了解半導體與基板材料間的相互作用與關係，科學家有望實現更快、更有效率的電子產品與半導體晶片。
被忽略的晶片之母──基板
IC基板（載板）主要作為IC晶片的載體，用於固定、保護線路與導散餘熱，具有導電、絕緣和支撐三大功能。一直以來，當科學家在測試一種新的材料時，鮮少與基板材料共同進行。
對此，研究團隊研究了半導體材料二氧化釩如何與基板材料二氧化鈦相互作用，他們發現基底中似乎有一個主動層，當半導體在絕緣與導電中切換時，其表現出與頂部半導體材料類似的行為。作者Venkatraman Gopalan表示，基板對於從半導體製程，到未來的材料和裝置的設計別具意義。
二氧化釩的潛力
二氧化釩作為在導體與絕緣體切換的能力已經得到充分證明（僅萬分之一秒），並且由於能耗極低，而被認為是最具潛力的半導體材料之一。然而，這種材料的特性仍然沒有被完全理解，到目前為止，鮮少有二氧化釩在真實設備中觀察的研究。
二氧化釩具有強烈相關的電子效應，這意味著電子之間的排斥會幹擾設備。儘管如此，這種特性也會賦予設備新穎的功能，包括高溫超導電性和增強的磁性。
實驗發現
研究團隊使用來自美國阿貢國家實驗室的先進光子源，用於研究原子層面上材料的行為與結構。研究團隊並沒有單獨測試二氧化釩，而是與基板一起進行測量；他們發現，當二氧化釩轉變為導電態時，其薄膜通道理論上應該要縮小；然而，其薄膜通道發生了類似「凸起」的現象。
研究團隊透過一種自然存在的特殊氧原子，進一步證實為何薄膜與基材膨脹而非收縮。這些中性氧原子空位中含有兩個電子，當材料從絕緣體轉變為金屬時，電子會被釋放，進一步使得氧空位膨脹，並影響整個薄膜通道，而這個現象也發生於基材中。
這個一直被忽視的結果很可能改變整個相關技術的發展，幫助科學家進一步解鎖二氧化釩的真正潛力，加速新一代電子設備的進步。
資料來源:ScitechDaily
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