極低電壓操作之多鐵材料元件

隨著摩爾定律的推演，電子元件的尺寸越來越小且密度越來越高，這意味著我們手上的消費性電子產品的計算能量越來越大，然而伴隨而來的種種挑戰在半導體的製造跟設計上也越來越嚴峻。首先是電子元件的運作能量能否繼續隨著摩爾定律縮小？以電晶體而言，尺寸微縮常常意味著操作電壓下降，進而降低其能量，然而漏電流卻越來越難以控制，導致即使電壓下降，整體能量卻難以隨之下降。在當代的電腦架構之下，邏輯運算跟記憶存儲是分開進行，在資料傳輸速度上有著系統性的瓶頸並造成了時間延遲跟額外能量消耗，又稱為馮諾伊曼瓶頸（von Neumann bottleneck）。於是人們把眼光望向記憶體，試著創造一種記憶體其讀寫速度與操作電壓都能夠與先進製程中的電晶體相匹配（sub-ns, 500 mV）且有足夠的熱穩定度，如此一來便可以設計以低能量操作低待機能量的電子產品。多鐵材料在這方面具備許多深具吸引力的競爭優勢，本文將以鐵酸鉍為例說明近年來的研究發展與最新的突破並展望其面對的挑戰與機會。