无机发泡水泥保温板施工方案|苏洋建材

无机发泡水泥保温板施工方案

　　进入到数位信息时代，人类的生活越来越离不开数位装置的辅助。无论是个人的工作学习，娱乐常用的计算机，甚至社交往来所依赖的行动装置，都因为数位装置强大的计算效能，已经渗透到现代人们生活的每一个角落。不仅如此，最尖端的人工智能与大数据分析要能充分发挥功用，其实非常依赖巨大的计算能力。

　　然而，人类目前对于提升数位计算的能力，都必须得靠增加晶体管在芯片上的数量；“工程师必须不断地缩小晶体管内二极管的尺寸，以赶上摩尔定律。这样追求集成电路微缩化的过程，终究会使得晶体管电路太细小且太过紧密，接下来，在不到十年的时间将面临到集成电路微缩化至三奈米的制程极限。”

　　一、二维材料的诞生

　　科学家目前除了改善集成电路中晶体管的基本架构外；另一方面，则是寻找具有优异物理特性且能微缩至原子尺度(0.1奈米)的晶体管材料。在此目标下，一场以二维材料为主的革命已在各个科技强国与高科技厂商间悄然展开。

　　台湾物理研究团队在2018年8月研发出有单原子层厚度且具有优异的逻辑开关特性的二硒化钨(WSe2)二极管。二维单原子层二极管的诞生，可超越摩尔定律并进行后硅时代电子元件的开发，追求元件成本/耗能/速度最佳化的产业价值，并可满足未来人工智能芯片与机器学习所需大量计算效能的需求。

　　二维材料可以利用很薄的晶体薄片来制作，假如厚度可薄到只有一个或几个原子厚度，这将使得原子内部电子的运动方式受到限制；就像棋盘游戏中的棋子一样，只能前后左右或是沿对角线移动，但不能上下移动。

　　由于在二维材料中电子受限制运动方式的现象，根据量子物理的预期，二维材料会具有许多独特的物理与化学性质，而这些性质或许能为计算机和通信等多个领域带来革命性的变化。

　　其中，与石墨烯(Graphene)同属二维材料的二硒化钨(WSe2)，是一种过渡金属二硫族化合物(简无机发泡水泥保温板施工方案称TMDs)，能够在单化合原子层的厚度(约0.7奈米)内展现绝佳的半导体传输特性；相比以往的传统硅半导体材料，除了厚度上已超越三奈米的制程极限外，可完全满足次世代集成电路所需更薄、更小、更快的需求。

　　此外，当原子层厚度减少时，能带结构上产生的非直接能隙到直接能隙的转换，使光电效率增加两个数量级以上。MoS2材料在2003年成功实现的第一个奈米级硫属化合物晶体管后，相关研究就如火如荼地展开了。、

　　随着二维材料的制备技术逐渐发展成熟，成长出便宜且质量精良的二硒化钼在目前已逐渐可行，因而造就了现今二维相关的电子元件研究的蓬勃发展，如何有效地操作二维材料WSe2元件，但却又能够保留原本优良的电性，成为现在研究上的一大课题。

　　现今许多科学家已将研究重心，从二维材料转至二维异质系统上。为实现二维材料上的异质结构，在TMD制程上，可通过上而下与下而上两种方法来实现。由上而下型中，最早可追溯到机械剥离法(此种方法为目前简易的实现方法)。

　　二维材料在水平方向上，具有强的共价性键结，但是垂直方向上较弱的凡德瓦力，使材料可轻易地转移至任意基板上。在由下而上型中，可利用直接硫化合成法，将预镀的金属钼(Mo)薄膜，藉由高温下以气化硫之反应，获得不同层数的硫化钼薄膜。

　　采用上述方式所生成之二维材料异质系统，因具有近红外至可见光的光学能隙，开启了研究人员在光电元件探索的新契机。以n-type硫化钼(MoS2)和p-type二硒化钨(WSe2)来说，异质堆栈系统在制程上需通过不同硫化金属膜材料的转印与堆栈方可形成。

　　然而，其异质系统都在不同堆栈角度下，会在在光学与电性的表现上产生不同的影响。这结果显示二维异质结构在制程上具有高度的不稳定性与复杂性；因此,针对此问题而生的同质结构，迅速地吸引了研究学家的目光，讨论于不同环境影响下的同质二维系统；

　　二、表面电域结构

　　铁电氧化物材料具有序共存及强烈的(反)铁磁与磁电耦合，即称为多铁氧化物材料。铁电氧化物材料在应用上可提供元件设计的维度，发展出新型磁电耦合或自旋电子元件。铋铁氧在室温下可同时具有铁电与反铁磁性。

　　而多铁材料在磊晶技术的带动下，从1960年发展至今已成功地将残余极化值提高一个数量级，让铋铁氧薄膜研究开启新的里程碑。近来以应力场改变铋铁氧电域的方式，已成功利用镝钪氧作为磊晶基板的异质成长，长出拥有71度或109度电域结构。

　　特殊的结构，使109度域上有高于71度的电流值，同时以穿透式电镜结果观察109度样品后，发现邻近域处铁原子的偏移较域外大，造成多余载子累积，能带计算与实验结果证实域上有较低的能隙。因此，氧化物受基板应力箝制下，可使系统拥有不同电域结构(例如71、109与180度)。

　　如果以电场操控电域固定结构的有序参数,亦可造成电域结构上差异。以单一极化向下的BFO薄膜为例,不同电压与时间条件下的脉冲电压,可使电域产生180度的电域翻转,初期电压可使电域迅速扩张，并产生向下成核运动，最后电域趋向饱和。

　　若施以大于电域成长所需之活化场下，可使域壁做向外扩散运动。于BFO材料上，除了可产生点形脉冲电域外，另外可通过于书写电压的方式，改变周期性电域结构，形成反向之71电域结构，所以不论是基板应力或外加电场，氧化物都可形成不同的电域状态。

　　然而不同电域情况，材料边界能拥有着不同形式的电荷分布，对于本质能带结构可产生差异。以接触式量测来说，在电极接触氧化物时，施加电位落于样品上的结果，必将引入大量载子注入于材料表面，造成量测上的不确定性。

　　归纳现有的氧化物量测实例来说，目前尚缺乏更具直接性的能带量测技术。因此通过空间解析光电子能谱技术，量测不同电域状态下受氧化物影响的WSe2能结构是值得发展的能带量测技术。

　　以室温具有强自发极化的铁电的BFO薄膜来说，若以空间解析光电子能谱技术，讨论不同电域情况下的二维材料能带，将使得二维电子元件在未来更具发展性与应用潜力。

　　三、同步辐射光源

　　如何更精准的研究这些比羽翼更薄的二维结构系统？同步辐射光源由于具有高亮度与高能量解析的优点，特别适合用来探测由极少数量的原子所组成的二维材料。此外，若能将同步辐射光源聚焦，就能利用同步辐射光产生显微影像。

　　由同步辐射中心组成的科研团队，利用同时兼具高亮度/高能量解析/高显微力的“三高”：同步辐射光源,成功观察到可以利用乘载二维材料的铁酸铋(BiFeO3)铁电氧化物基板，并能有效地在奈米尺度下改变单原子层二硒化钨半导体不同区域的电性。

　　相较以往只能利用元素掺杂或加电压电极等改变电性的方式，我们提出无需金属电极的加入，这是一项极重大的突破。在室温中具有高铁电极化与反铁磁耦合的铋铁氧(BiFeO3,BFO)薄膜,其铁电极化场作为环境调控因素,最有机会在室温中实现低操作电压与非挥发特性。

　　因此在我们将以二硒化钨(WSe2)作为研究重心，将利用单晶BFO薄膜，藉由AFM书写电压翻转极化的方式，在同质WSe2结构上实现极化向上(Pup)与向下(Pdown)的差异。现有的研究结果显示，此二硒化钨同质接面于电性与能带表现上与二硒化钨异质接面效果相仿。

　　在铁电氧化物的辅助下，我们首度利用非挥发性闸极电控二硒化钨，并成功于室温下实现同质二极管。这项研究重点在于铁电极化翻转的结果,将在材料表面、光学、导电与能带特性上表现出来，这是世界上第一个利用极化场制作出室温TMD二极管，最后完成非挥发性电场调控元件整流行为。

　　利用CVD成长高质量的WSe2为主要的研究对象，配合优良之BFO铁电薄膜，并通过SPM探针调控铁电薄膜层，进行二硒化钼局域改质，借以形成奈米级的p-n同质接面。

　　然而，在实验中我们究竟是如何制造奈米级的p-n接面？此部分是由表面扫描探针显微术，对样品表面进行操控，并实现铁电极化翻转。首先，在原生单一极化向下的BFO薄膜上，以约8V的书写电压下可使电域上产生180度的极化翻转。

　　另外，在室温中利用同步辐射工具找寻更多WSe2为p-n Diode的证据。在同步辐射光源BL09A1的扫描式光电子能谱术工作站上，可提供具高空间分辨率(~0.1μm)的化学影像与能量分辨率(~0.1 eV)的能带结构，可以量测极化翻转的WSe2图像，藉此定义不同极化区域，进行奈米分辨率的能带结构探测。

　　最后，通过电子传输特性来确认TMD形成p-n Diode的电性量测。在此我们准备三角形与星芒状的两种WSe2作电性量测。结果显示三角形之Diode-T在顺向偏压中，具有较良好的理想因子，特性较接近理想二极管，但其逆向偏压上却呈现来自氧化物基板的漏电流特性。

　　为了改善氧化物所产生的漏电流，与合作团队采用了另一块星芒状之Diode-H进行侧向电流量测。结果显示，星芒状即便在理想因子的表现上不如三角形的WSe2，但却可提供完美的电流滤波特性。综合以上两种WSe2的电性量测结果，确认极化翻转下的WSe2在室温中确实形成一个p-n Diode，并可呈现良好的电流开关特性。

　　四、总结

　　在晶体管材料的开发上，如何能有效率地制作闸极以施加电场，是研究上的一大重点。但目前研究结果显示，金属电极不仅无法让二维材料内部电荷分布均匀，另外这些电荷所形成散射中心将造成迁移率降低，大大地影响元件可见光的吸收效率。

　　因此，利用表面探针操控技术，在铁电薄膜的辅助下，使用非挥发性铁电闸极操控二硒化钨(WSe2)的材料，可突破使用金属作为闸极的限制。而二硒化钨(WSe2)的实验结果，也在材料表面、光学、导电与能带特性上表现出来，为世界上第一个利用极化场制作出室温TMD二极管，最后完成非挥发性电场调控元件整流行为。

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