0

0
0

文字

分享

0
0
0

講邏輯的碳奈米管

科景_96
・2011/02/08 ・1482字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

Original publish date:Jan 01, 2003

編輯 Agape 報導

科學家使用具有高介電常數的材質作為絕緣體﹐製造出以碳奈米管為導電通路的場效電晶體及邏輯電路﹐為電腦電路奈米化又提供了一線曙光。

由於電腦的運算速度取決於其中邏輯電路的設計及大小﹐如何將現有的半導體元件縮小而維持低功率的消耗﹐就成了開發工程師們努力研究的方向。當IBM與Intel都聲稱將量產最小線寬90nm的新一代電腦時﹐史丹福大學的Ali Javey所屬的研究小組﹐與康乃爾大學及普渡大學的科學家們合作﹐嘗試從分子電子學(molecular electronics) 的角度﹐來製造以碳奈米管為導電通路的場效電晶體及邏輯電路。

當電晶體的尺寸縮小時﹐技術上所面臨最大的挑戰﹐就是如何在極小的面積上繼續維持足夠的耦合電容來控制元件﹐以及如何解決因穿隧效應(因元件大小接近量子效應尺度)導致的漏電問題。現今的電晶體超過95%以上均以矽元素為原料﹐用來作為電極-導電通路之間絕緣體的則是SiO2。由於SiO2的介電常數不高(~3.9)﹐當電晶體電極面積縮小時﹐其耦合電容(與介電常數﹑電極面積成正比﹐與絕緣體厚度成反比)將無法繼續維持。這個限制使得以矽元素製造的電晶體面臨了技術上難以突破的瓶頸。

有鑒於此﹐Ali Javey等人﹐嘗試使用ZrO2(介電常數高達20~30)代替SiO2作為絕緣體。他們更使用原子層沉積技術(ALD, atomic-layer deposition) ﹐可以準確地控制ZrO2的厚度達到數奈米。如此﹐元件的耦合電容就不至受到尺寸縮小的影響。並且﹐Ali Javey等人所製造的電晶體﹐乃是以單壁碳奈米管為導電通路。因為碳奈米管可提供較高的電流密度﹐以及其中的電流載子在導電時不受到散射的影響﹐為ballistic transport。

Ali Javey等人是先在導電矽晶片基板(作為底部電極)上長了一層SiO2(作為底部電極與碳奈米管間的絕緣體) ﹐然後將單壁碳奈米管以化學氣相沉積( CVD﹐chemical vapour deposition) 的方式成長在SiO2上。在形成源極﹑閘級電極後﹐再以ALD將ZrO2均勻地鍍在元件表面。最後以電子束蝕刻的方式﹐將頂部電極選擇性地鍍於僅含碳奈米管的區域(防止頂部電極與源極﹑閘級之間的漏電及耦合)。

由於碳奈米管合成的條件﹐Ali Javey等人的碳奈米管電晶體是屬p-type的導電特性(電流隨著電極正電壓增加而減少)。如此製成的電晶體具有70mV/decade的subthreshold swing(決定元件尺度縮小的指數)﹐transconductance達6000 S/m﹐電流載子的移動率達3000cm2/Vs。這些數據與其它已知用碳奈米管作成的場效電晶體比起來﹐都有過之而無不及。除此之外﹐他們也將所製成的元件組成邏輯電路﹐也得到達60的電壓放大率﹐是現今碳奈米管邏輯電路中表現最好的。

經由將碳奈米管在氫氣中高溫加熱(400C一小時)﹐Ali Javey等人可製成屬n-type(電流隨著電極正電壓增加增加而增加)的碳奈米管電晶體﹐具有90-100mV/decade的subthreshold swing﹑600 S/m的transconductance﹑以及達1000cm2/Vs的電流載子移動率。雖然與其它已知用碳奈米管作成的場效電晶體比起來﹐已經是優越許多﹐但是要作為邏輯電路之用﹐還須在subthreshold swing及降低導電電阻上改進。

人們也許會問﹐與現有的MOSFET相比﹐Ali Javey等人的碳奈米管電晶體表現如何。由於兩種元件的基本結構不同(MOSFET﹕平面式導電通路﹐碳奈米管﹕圓柱形電通路) ﹐在其文章中﹐Ali Javey並沒有提供具體的答案。儘管如此﹐他們的研究成果仍為汲汲於電腦電路微型化的科學家﹐提供了另一個值得嘗試的方向。

原始論文:
Ali Javey et al., High-k dielectrics for advanced carbon-nanotube transistors and logic gates, Nature Materials 1, 241–246 (2002)

參考來源:

相關連結:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Nov 10, 2007] 世界上最小的收音機:碳奈米管
  • [Mar 26, 2003] 奈米尺度的光電邏輯電路
  • [Mar 13, 2002] 以碳奈米管取代現有的半導體技術
  • [Mar 12, 2002] 利用碳奈米管製成的邏輯電路可望在未來取代矽基晶片的角色
  • [Dec 06, 2001] 小邏輯,大學問


    數感宇宙探索課程,現正募資中!

  • 相關標籤:
    文章難易度
    科景_96
    426 篇文章 ・ 3 位粉絲
    Sciscape成立於1999年4月,為一非營利的專業科學新聞網站。


    0

    0
    0

    文字

    分享

    0
    0
    0

    Paxlovid能有效降低死亡風險嗎?COVID-19口服藥現況

    台灣科技媒體中心_96
    ・2022/05/17 ・2421字 ・閱讀時間約 5 分鐘
    示意圖/envato elements

    今年四月台灣宣布將走向「重症清零,輕症管控」:非放任病毒肆虐式「與病毒共存」(living with covid-19) 的控管疫情策略。 若需要達到「重症清零,輕症管控」的目標,醫療人員的支援與 COVID-19 藥物的使用,將是關鍵手段,對於感染後容易導致重症的個案,也需要有抗病毒藥物來治療或預防惡化

    目前有哪些治療新冠肺癌的藥物?

    目前首度獲得美國 FDA 許可的抗新冠藥物「Remdesivir」 (瑞德西韋),是透過抑制病毒的 RNA 合成酶達到藥效。美國 FDA 更在近期批准,注射液劑型的 Remdesivir 適用於「出生 28 天及以上、至少 3 公斤」的嬰幼兒染疫患者,成為首款嬰幼兒的新冠療法

    然而注射液劑型需要專業的打針技術,並非一般民眾可居家自行使用,因此抗新冠口服藥物的開發,各國一直都很重視。現行已通過美國 FDA 緊急使用授權(EUA)的抗新冠口服藥物,有輝瑞公司研發的「Paxlovid」,以及默克(或稱默沙東)公司研發的「Molnupiravir」(莫納皮拉韋)

    而 Paxlovid 是由 Nirmatrelvir(奈瑪特韋)和 Ritonavir(利托那韋)兩種藥物所搭配使用,其中 Nirmatrelvir 主要作用是抑制新冠病毒的 Mpro 蛋白酶活性,進而干擾病毒的複製,達到抗病毒的效果。而 Ritonavir 則是能延長 Nirmatrelvir 在人體內的血中濃度,透過抑制人體內正常酵素 CYP3A4 酵素活性,避免 CYP3A4 快速將 Nirmatrelvir 代謝掉,而失去 Nirmatrelvir 該有的藥效。

    這兩個藥物所構成的 Paxlovid 好像一對好夥伴互相協助,成為具有高效力的口服抗新冠藥物

    Paxlovid 能有效降低死亡風險?

    Paxlovid。圖/ Kches16414 , CC BY-SA 4.0

    根據文獻指出,Paxlovid 能降低 COVID-19 感染後的 85-89% 住院或死亡風險,是目前對抗新冠肺炎最佳的選項之一。《新英格蘭醫學期刊》(NEJM)期刊於上個月發表最新 Paxlovid 臨床試驗的研究報告:「Oral Nirmatrelvir for High-Risk, Nonhospitalized Adults with Covid-19」證實,使用 Paxlovid 治療未施打疫苗且有症狀的 Covid-19 患者,能將 Covid-19 的重症風險降低 89%,且藥物的安全性在臨床上可接受,且沒有明顯的安全問題。

    不過,此研究個案限於未施打疫苗者,而目前大多數人已經接種過新冠肺炎疫苗,情況略有不同。已有將此藥使用於已施打過疫苗者的研究正進行中,但若在未施打者有幫助,對於施打過疫苗而可能具有部分保護力的人,推測仍應會有治療效果,此研究是在症狀出現三天內給藥得到良好的效果,至於再晚一些時後才給藥,就沒有數據可參考。

    但需要注意的是,有在服用其他藥物的患者(如:降血脂、抗腫瘤藥或神經精神藥物等),若服用 Paxlovid 會影響 CYP3A4 的作用,可能也會改變其他藥物的作用效果,若藥物在血中濃度無法被安全控制,往往對病情有負面的影響。因此服用 Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽才能使用,民眾無法自由服用

    Paxlovid 需要有專業醫師的評估並開立處方簽。圖/envato elements

    Molnupiravir 口服藥的表現又是如何?

    病毒在複製的過程當中,往往需要大量的核糖核苷(ribonucleoside),作為合成新的病毒所需要的材料。而 Molnupiravir 口服藥,是一種「核糖核苷類似物」,也就是病毒在複製所需要的「冒牌」材料,透過這樣的方式干擾病毒的複製過程,進而阻止病毒的繁殖

    Molnupiravir 不會像 Paxlovid 去影響到其他藥物在體內的作用,然而這些核糖核苷類似物在人體細胞進行複製的時候也會使用,所以可能具有誘導基因突變的風險

    雖然一般來說,口服 Molnupiravir 的療程只有 5 天,在這樣的時間周期來說,對一般成人造成基因突變的風險是很低。但是,Molnupiravir 對於胎兒或哺乳中的嬰兒,風險就顯得高出許多。所以,Molnupiravir 在默克公司的官方網站有聲明,不建議孕婦及哺乳中的女性服用

    此外,根據新英格蘭醫學期刊在今年三月的報告中,發現將 Molnupiravir 用於非住院的新冠患者治療中,僅僅將高危新冠患者的住院和死亡風險降低了 30%,低於早前估計的 50%。

    Molnupiravir 不建議孕婦及哺乳中的女性服用。圖/envato elements

    「老藥新用」的開發策略

    環顧目前的抗新冠藥物,大都是利用「老藥新用」(drug repurposing)的藥物開發策略,才能在這麼短的時間達到如此的成就。「老藥」是指已被核准做為臨床使用的藥物,「新用」則是指由原來已核准的藥物中發現新的適應症用途或是新的用法。

    老藥的好處就是其藥物臨床前的數據都已經被建立,其中包含藥理實驗、藥物動力學、代謝途徑、副作用等,這些數據對藥物開發相當重要。

    在目前這些新冠藥物中,瑞德西韋一開始是用來開發對抗伊波拉病毒,而 Paxlovid 中的 Nirmatrelvir 原先用以治療愛滋病,此外 Molnupiravir 則是為了治療流感。這樣的成功經驗相信能提供政府與學者參考,期望台灣開發新冠藥物有亮眼的成績,也讓我們未來在對抗 COVID-19 疫情當中有更好的手段。

    引用文獻

    1. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
    2. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Approves First COVID-19 Treatment for Young Children
    3. Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes First Oral Antiviral for Treatment of COVID-19
    4.  Coronavirus (COVID-19) Update: FDA Authorizes Additional Oral Antiviral for Treatment of COVID-19 in Certain Adults
    5. Hammond, Jennifer, et al. “Oral nirmatrelvir for high-risk, nonhospitalized adults with COVID-19.” New England Journal of Medicine 386.15 (2022): 1397-1408.
    6. Cox, Robert M., Josef D. Wolf, and Richard K. Plemper. “Therapeutically administered ribonucleoside analogue MK-4482/EIDD-2801 blocks SARS-CoV-2 transmission in ferrets.” Nature microbiology 6.1 (2021): 11-18.
    7. Jayk Bernal, Angélica, et al. “Molnupiravir for oral treatment of Covid-19 in nonhospitalized patients.” New England Journal of Medicine 386.6 (2022): 509-520.

    臨床試驗

    • EPIC-HR: Study of Oral PF-07321332/Ritonavir Compared With Placebo in Nonhospitalized High Risk Adults With COVID-19(NCT04960202

    數感宇宙探索課程,現正募資中!

    台灣科技媒體中心_96
    9 篇文章 ・ 7 位粉絲
    台灣科技媒體中心希望架構一個具跨領域溝通性質的科學新聞平台,提供正確的科學新聞素材與科學新聞專題探討。