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AI可協助預測半導體材料特質

鑽石具備成為半導體材料的潛力。法新社

過去在半導體或其他結晶材料施加應力後,可改變前者結構有秩序的排列,進而大幅改變例如導電、傳輸光或導熱等特質。不過,美國麻省理工學院(MIT)與俄羅斯及新加坡多所大學科學家日前則利用人工智慧(AI)預測其多種變化結果,將有助於打造先進材料。

據Tech Xplore報導,過去透過在矽處理器施加部分程度彈性張力(elastic strain)後,即使在結構1%變化,便可讓電子更快通過材料進而使元件速度提升5成。近期研究人員則發現,即使是大自然發現最堅硬的鑽石,在奈米尺寸下最多也能彈性展延9%,矽奈米尺度線則可展延超過15%。上述發現將可讓外界探索,利用材料特性更大幅變化如何來製造元件的方法。

研究人員Ju Li指出,有別於其他改變材料特質的方法,例如摻雜,應力工程可讓特質立即改變。除此之外,這次研究人員也利用機器學習方法,透過系統性的方法找出合適的應力量與方向達到外界想要的結果,包括能為電子、光電子與光子元件打造精準調整材料。

研究團隊稍早也研究在矽與鑽石中應力對能隙的影響並利用神經網路演算法,進而高度精準預測出不同量與方向的應力如何影響能隙。Li指出,能隙微調可成為提高例如矽太陽能電池等元件效率的關鍵工具。

Li指出,鑽石因具備高載流子遷移率而具備成為半導體材料巨大潛力,可成為高頻電子裝置與電力電子設備的理想選擇。某些程度,鑽石表現能力比矽高出10萬倍,但目前侷限在於外界尚無法找到可將鑽石層放在大型基板上的方法,該材料也很難摻雜或引入原子。

不過,科學家指出,藉由將該材料安裝在可因應力量與方向變化而調整的框架中,將可在改變其摻雜行為上帶來相當大的靈活性。

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