才30歲!交大氣質女教授周苡嘉研究 登上Science期刊

▲交大助理教授周苡嘉。(圖/交通大學)

地方中心/新竹報導

國立交通大學年僅30歲電子物理系助理教授周苡嘉領導的團隊進行跨國研究,在三五族奈米線原子級成長機制與控制的研究有重大突破,她以第一作者身分,17日登上世界頂尖期刊「科學(Science)」,震撼學術界。

氣質清新的周苡嘉是民國72年次出生,交大校長吳妍華表示,她可能是交大史上最年輕,達到此里程碑的教師。周苡嘉在此發現中有主要關鍵性貢獻,為此篇論文第一作者,其他作者包含瑞典Lund大學研究團隊與IBM實驗與理論研究團隊。

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周苡嘉與IBM華生研究中心(IBM T. J. Watson Research Center)發現,三五族奈米線的原子級自組裝(self-assembly)成長機制顛覆了過去的想像,其成長行為在原子等級精確地了解,突破現有元件微型化的技術限制,提供了未來自組裝奈米材料與結構,在新一代奈米元件中的實際應用與精密控制的希望。

交大指出,半導體製程隨著摩爾定律(Moore’s Law)的預測,元件隨著其尺寸微縮,在二維面積中的密度以兩年為週期以指數速率增加,三維系統 (如:三維積體電路)與新材料(如:三五族材料)在半導體元件上的利用,是摩爾定律在10nm(奈米)以下能繼續發展的關鍵技術。

而自組裝成長的奈米線,在對其成長機制在原子等級有精確且深入的了解後,此結構與型態將可突破傳統技術限制,提供了進一步製作微型元件與三維元件的想法。

三五族材料具有電子高遷移率,在元件微型化的進程中,被用來加入矽元件製程中,以達到在與矽元件同等線寬下,卻能有更高功率與更高頻率的元件。

三五族奈米線的成長機制,因此有許多研究發展,但其原子等級自組裝的成長動力學,卻仍是大家所好奇與感興趣的課題。此項研究中,周苡嘉研究團隊設計了在穿透式電子顯微鏡中觀察三五族奈米線成長的設備,藉著直接觀察奈米線中每個原子層的成長,來了解成長過程中提供的訊息。

▲交大教授李遠鵬(左起)、助理教授周苡嘉、校長吳妍華、系主任周武清。(圖/交通大學)

然而,在常用的三五族奈米線成長條件下,發現令人意外的結果,即使在固定與穩定的條件下,每個原子層的成長速率卻有很大的變化。此現象使得奈米結構的精確成長(如:單層量子點的形成)的難度增加,研究團隊解釋此不規律成長發生的原因,是受到磷化鎵中的雙晶結構影響,同時建立了簡單的成長模型解釋。

同時亦發現,某特定的成長條件,每個磷化鎵原子層的成長速率是穩定且規則的,此條件是精確成長奈米結構的最佳條件。

周苡嘉在美國紐約IBM華生研究中心完成實驗,經過歷時一年半將複雜的結果分析,整理出不同狀態下的成長機制,同時維持與國外IBM研究團隊與瑞典Lund大學研究團隊進行討論,將三五族奈米線成長時之原子擴散、結構組織與成長方式,從不同成長條件的影片中抽絲剝繭,理出原子在自然的情況下,隨著不同狀態其化學勢的改變,影響原子移動的方式,澄清了一維三五族奈米材料的原子級成長動力學,與找出未來應用上的最佳成長條件。

關鍵字:周苡嘉,交大氣質女教授,氣質女教授,三五族奈米線原子級成長機制

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