半導體技術(shù)蓬勃發(fā)展，即將面臨積體電路微縮化的3nm制程極限，因此科學家除改善積體電路中電晶體的基本架構(gòu)外，亦積極尋找具有優(yōu)異物理特性且能微縮至原子尺度（＜1nm）的電晶體材料。
在臺灣科技部、國立成功大學、與國家同步輻射研究中心的支援下，成大物理系吳忠霖教授與同步輻射研究中心陳家浩博士所組成的臺灣研究團隊，在全球眾多競爭團隊中脫穎而出，成功地研發(fā)出僅有單原子層厚度（0.7nm）且具優(yōu)異的邏輯開關(guān)特性的二硒化鎢二極體，並在《自然通訊 Nature Communications》雜誌上發(fā)表研究成果。
此二維單原子層二極體的誕生，更加輕薄，效率更高，除了可超越“摩爾定律”進行後矽時代電子元件的開發(fā)，以追求元件成本、耗能、速度優(yōu)化的產(chǎn)業(yè)價值外，並可滿足未來人工智慧晶片與機器學習所需大量計算效能的需求。
摩爾定律：1965年，英特爾創(chuàng)始人之一戈登?摩爾通過大量資料調(diào)研整理提出：當價格不變時，半導體晶片中可容納的元器件數(shù)目，約兩年便會增加一倍，其性能也將同比提升。
二維材料具有許多獨特的物理與化學性質(zhì)，科學家相信這些性質(zhì)能為計算器和通信等多方領(lǐng)域帶來革命性衝擊。其中與石墨烯（Graphene）同屬二維材料的二硒化鎢（WSe2），是一種過渡金屬二硫族化合物（Transition Metal Dichalcogenides, 簡稱TMDs），能夠在單化合原子層的厚度（約0.7nm）內(nèi)展現(xiàn)絕佳的半導體傳輸特性，相比以往的傳統(tǒng)矽半導體材料，除了厚度上已超越三nm的制程極限外，可完全滿足次世代積體電路所需更薄、更小、更快的需求。
研究團隊利用三高同步輻射光源，成功觀察到可以利用乘載二維材料的鐵酸鉍（BiFeO3）鐵電氧化物基板，能有效地在奈米尺度下改變單原子層二硒化鎢半導體不同區(qū)域的電性。吳忠霖教授表示，相較以往只能利用元素參雜或加電壓電極等改變電性的方式，該研究無需金屬電極的加入，為極重大的突破。
該研究利用單層二硒化鎢半導體與鐵酸鉍氧化物所組成的二維複合材料，展示了調(diào)控二維材料電性無需金屬電極的加入，就能打開和關(guān)閉電流以產(chǎn)生1和0的邏輯訊號，這樣能大幅降低電路制程與設計的複雜度，以避免短路、漏電、或互相干擾的情況產(chǎn)生。此外，由於二維材料的厚度極薄，能如同現(xiàn)今先進的晶圓3D堆疊技術(shù)一樣，透過堆疊不同類型的二維材料展現(xiàn)不同的功能性。透過該研究成果，未來若能將此微縮到極限的單原子層二極體組合成各種積體電路，由於負責運算的傳輸電子被限定在單原子層內(nèi)，因此能大幅地降低干擾並能增加運算速度，預期可超過現(xiàn)今電腦的千倍、萬倍，而且所需的能量極少，大量運算時也不會耗費太多能量達到節(jié)能的效果，其各項優(yōu)點將對現(xiàn)今的數(shù)字科技發(fā)展帶來重大的影響，也許手機充電一次就能連續(xù)使用一個月，而以現(xiàn)階段積極發(fā)展的自動駕駛汽車來說，如果所有的感測、運算速度都比現(xiàn)在快上千、萬倍，行駛霹靂車再也不是夢想。
