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BJT的速度競賽﹕可不可以再快一點﹖

科景_96
・2011/02/09 ・1186字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 585 ・九年級

Original publish date:Nov 14, 2003

編輯 Agape 報導

美國伊利諾大學香檳分校的研究人員﹐使用磷化銦與砷化銦鎵﹐製造出頻率達509 GHz﹑速度打破世界紀錄的BJT電晶體。

自從去年起﹐伊利諾大學香檳分校(UIUC) 就不斷地傳出高速BJT(bipolar junction transistor) 的頻率刷新世界記錄的消息。故事的主角﹐則是UIUC電機與電腦工程系的教授Milton Feng與其組內的研究生們。Milton Feng的實驗室﹐自1995年起﹐就投入利用化合物半導體製造高速電晶體的研究。幾年來﹐透過將BJT中垂直方向(註一)的磊晶層縮小以減低載子在元件中運動的時間﹐他們可以達到提昇BJT速度的目的。然而﹐由於BJT先天設計上面的限制﹐磊晶層厚度的縮小﹐相對地會增加元件的電容﹐使得其充放電時間延長﹐多少反而會抵消了原先在速度上的提昇。

為了突破這個瓶頸﹐Milton Feng和他的兩位研究生﹐Walid Hafez和Jie-Wei Lai﹐除了利用原先縮小垂直面磊晶層的技術﹐還進一步將元件在其射極(emitter) 與集極(collector) 的橫向尺寸上加以縮小。如此﹐就可以避免因磊晶層縮小而增加的電容。此外﹐他們並沒有使用如矽(Si)或鍺(Ge﹐註二) 等製造電晶體的傳統元素材料﹐而是選擇了使用磷化銦(InP)與砷化銦鎵(InGaP) 這兩種化合物半導體材料 。原因是這兩種化合物半導體﹐其中的載子具有較高的移動率(mobility) ﹐並且這些材料可以容納更高的電流密度。

採用上述雙管齊下的元件縮小技術﹐Milton Feng的研究小組在去年一月份推出了集極為150 nm﹑頻率達382 GHz的BJT。緊接著在同年的五月﹐又製造出基極為25 nm﹑集極為100 nm﹑頻率達452GHz的元件。而在今年的十月份﹐達成將集極進一步縮小至75 nm﹐他們再度刷新自己原先所創下的世界記錄﹐推出頻率達509 GHz的BJT。另外值得一提的是﹐除了在元件結構上面下功夫之外﹐他們為了減少因接點(contact) 造成基極與集極之間耦合而存在的寄生電容(parasitic capacitance) ﹐利用一道狹窄的金屬來將基極端與集極的接線分開。如此就可以增加元件的電流密度﹐並且加速元件的運作。

這個目前世界上最快的電晶體﹐預期可被廣泛應用在製造更快的電腦﹑電視遊戲機﹑更快且更多選擇性(可用頻寬更廣)的無線通訊﹑以及如雷達和電子戰等需要快速類比-數位轉換的系統上。Milton Feng更表示﹐利用他們所開發的元件縮小技術﹐可望製造出更快的電晶體﹐他們的最終目標是將元件的頻率推進到Terahertz(1012 Hz)的領域。

(註一) BJT中載子的運動方式﹐是與磊晶層接面垂直(從一磊晶層到另一磊晶層)﹐與場效電晶體(FET﹐field effect transistor) 中﹐載子基本上是在同一層物質中運動的傳導方式有所不同。

(註二) 世界上的第一枚電晶體﹐是John Bardeen與W.H. Brattain﹑W. Shockley﹐在1947年利用鍺為材料所發明出來的﹐並且是BJT的結構﹐不是目前FET的結構。他們三人因為這項發明﹐在1956年獲得當年的諾貝爾物理獎。自1951年起﹐Bardeen即在UIUC當時的電機與物理系擔任教授與享有榮譽教授的頭銜。

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [Jan 08, 2004] 鈦酸鍶:新的電晶體絕緣氧化物
  • [Dec 31, 2003] 第一個發光電晶體(Light Emitting Transistor)
  • [Dec 23, 2003] 越”變”越快的電晶體
  • [May 30, 2003] 速度更快的透明電晶體


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    科景_96
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    常見的指甲美容工具、技巧和風險

    胡中行_96
    ・2022/05/19 ・3469字 ・閱讀時間約 7 分鐘

    「我從自然、夢境與超現實的空間,得到許多靈感。由多方汲取,同時又非來自某個源頭。」國際藝術家 Juan Alvear 自白中的不確定性,簡直得請量子物理學家海德堡(Werner Heisenberg)來測量。

    時尚雜誌《Vogue》最近在介紹 Juan Alvear 的時候,配了一幀照片:一隻右手食指的美甲,延伸成一根開出眼眸的銀色荊棘,尺寸約為該手指的四倍長。這件不明所以的作品,創作理念據說是在呈現深夜夢境所帶來的啟發。[1]

    時尚雜誌《Vogue》介紹 Juan Alvear 時,配了一幀照片:一隻右手食指的美甲,延伸成一根開出眼眸的銀色荊棘。圖/Vogue

    近年天馬行空的美甲造型蔚為風潮,連活體昆蟲都被納為材料,赫然突破普羅大眾對「多元媒材」創作的想像。[2], [3]就連風格相對「保守」的藝術家 Juan Alvear,在 Instagram 上也吸引了 5 萬追蹤者,其中包括他的顧客——時尚名媛 Paris Hilton 和英國歌手 Charli XCX。[1]估且不論指甲藝術的花費及其不實用性,單就美觀(或獵奇)的程度,便足以奪取眾人的目光。

    指甲美容的風險

    然而,從安全性的角度來說,進行指甲美容時,究竟得避開哪些危險因子?

    2019 年《臨床與實驗皮膚科學》的〈指甲美容:皮膚科觀點〉以及 2020 年《國際女性皮膚科學期刊》的〈女性指甲健康〉二篇文章,列舉了數種常見的指甲美容商品和技巧,還有它們的健康風險。[4], [5]以下是綜合其他資料後,產出的清單,提供給愛美的泛科學讀者們參考。

    估且不論指甲藝術的花費及其不實用性,單就美觀(或獵奇)的程度,便足以奪取眾人的目光。圖/Vogue

    護甲油

    護甲油(nail strengtheners)可以保護癌症病患因化療而變得脆弱的指甲,所以是極少數受到醫療人員大力推崇的美甲產品之一。[6], [7]護甲油分為「指甲強化油」(nail hardeners,又譯「硬甲油」)與「指甲滋潤油」(nail hydrators)二種。[8]

    指甲強化油又再細分為二類:

    1. 交聯強化油(cross-linking hardeners)以甲醛和鈣質來與指甲中的蛋白質作用,進而提升指甲硬度。[8]甲醛濃度只要 0.006% 就可能導致接觸性皮膚炎,某些廠牌還高達 5%,所以有敏感體質的人,最好避免使用。[4]
    2. 加固強化油(reinforcing hardeners)用尼龍和硫氫基蛋白(sulfhydryl protein)等成份罩住指甲,增強硬度。[8]

    指甲滋潤油

    指甲滋潤油則是以礦物油、甘油、凡士林或蜂蠟等,來達到保養功效。[8]

    指甲油

    歷史上有不少民族,拿植物染料來為指甲上色。1932 年露華濃(Revlon)公司的創始人 Charles Revson,在用硝化纖維(nitrocellulose)製成的透明漆(clear lacquer)裡加入色素,做出第一罐現代指甲油(nail polishes或nail lacquers)。指甲油可透過減緩水份蒸散,來達到保濕功能。[5]

    不過,許多市面上的產品都有添加甲苯磺醯胺-甲醛樹脂(tosylamide/formaldehyde resin),以提升色澤。該原料容易引發接觸性皮膚炎和氣喘,建議體質敏感的讀者,盡量避免。[4], [9]

    除了過敏,塗抹指甲油的副作用,還包括以「假性白指甲」(pseudoleuconychia)樣貌呈現的「角蛋白顆粒化」(keratin granulation),以及指甲變色,嚴重影響外觀,因此不宜長期使用。[5]

    塗抹指甲油的副作用包括過敏、角蛋白顆粒化,以及指甲變色,不適合長期使用。圖/PubMed

    護甲基底油(base coats)算是指甲油的一種,被拿來打底用,目的是使指甲表面平滑,方便接著塗顏色較為鮮亮的指甲油。[10]據說能預防指甲變色,但不是對每個人都有效。[11]

    美甲雕塑

    美甲雕塑(sculptured nails)分為凝膠指甲(gel nails)和水晶指甲(acrylic nails)二種,都是採用液態丙烯酸(acrylate)或甲基丙烯酸(methacrylate)單體製作而成的壓克力顏料。[4], [12], [13]壓克力是手部「搔癢濕疹性皮膚炎」(pruritic eczematous dermatitis)的元兇之一,少數人甚至連臉蛋和脖子都會出現過敏症狀。[4]

    凝膠指甲,亦稱作「光療指甲」(ultraviolet light–curable nail lacquer),特色是持久,又不易脆裂、刮傷。凝膠指甲油這種壓克力顏料,摻有過氧化苯醯(benzoyl peroxide)之類的光引發劑(photoinitiators),塗在指甲或塑膠甲片上,再用 UV (波長340~380 nms)或 LED 光線照射,就會聚合硬化。[4], [12], [13]

    值得注意的是,雖然有些美甲光療機採用 UV 燈,有的則是LED燈,但實際上二種都會釋放出 UV 射線。[14]理論上,這種每次 3 到 5 分鐘,約 2 到 4 週重複一次的美甲行為,不算非常危險。[4]它所帶來的 UV 曝曬量,跟把皮膚曬成古銅色的助曬美容比起來低很多。[14]

    然而,相關研究仍發現,有人因為長年接觸 UV 射線,甲下皮(hyponychium)黏在指甲上,造成「指甲反向胬肉」(pterygium inversum unguis;胬,注音:ㄋㄨˇ),修剪指甲時會痛。[4], [14], [15]還有更嚴重但罕見的情形,就是可能引發「鱗狀細胞癌」(squamous cell carcinoma)。[4], [14]

    為了預防「指甲反向胬肉」,美國皮膚癌基金會建議,於使用美甲光療機前 20 分鐘,在手上塗抹廣效性防曬油。不過,此保護措施對防範「鱗狀細胞癌」無效。[14]

    水晶指甲用的壓克力顏料可「自發聚合」(spontaneous polymerization),所以無需照射 UV 或 LED 光線,常與延長甲片搭配使用。[4], [12]

    延長甲片

    延長甲片(nail extensions)除了美觀,也能矯正變形的指甲,但最好不要裝太長,免得意外讓指甲和下面的皮膚(甲床)分開,造成「甲床剝離」(onycholysis)。 [5]

    延長甲片能矯正變形的指甲,但最好不要裝太長,免得造成甲床剝離。圖/PubMed

    指甲拋光機

    指甲拋光機(nail drills)又稱「指甲打磨機」,常用於卸除美甲雕塑,若操作不慎,容易傷及周邊皮膚,或穿透指甲。[5]

    去光水

    去光水(nail polish removers)的主成份丙酮,可能造成指甲脆化和「刺激性皮膚炎」(irritant dermatitis)。為避免傷害指甲質地,建議每週最多使用一次。[5]

    指緣軟化劑

    指緣軟化劑(cuticle removers)裡頭的氫氧化鈉(sodium hydroxide),會激起某些人皮膚的發炎反應,而且指緣其實本來就不應該被去除。[5]

    黏貼型美甲產品

    被黏貼型美甲產品(stick-on nail dressings)封住的指甲,可能因暫時的「過度水合」(overhydration)而變薄。黏貼時使用的瞬間膠(cyanoacrylate glue,又譯「三秒膠」),會產生「放熱反應」(exothermic reaction),因此偶有全層皮膚燙傷的案例不幸發生。此外,在拆卸黏貼型美甲產品,清潔指甲底下的空間時,要小心別使甲床剝離。[5]

    結語

    最後,塗抹顏色或黏貼裝飾,都會妨礙醫師觀察指甲。例如:有一名婦女 30 年前曾注意到指甲有異常的條紋,但她不以為意,只是一直用指甲油覆蓋。等情況嚴重到無法掩飾,才被醫師診斷出「黑色素瘤」(melanoma)。此時,病灶已經由皮膚表層向下深入 0.42mm。[4]

    閱讀完一長串的健康危害之後,您是否好奇頂尖美甲藝術家怎麼對待自己的指甲?「近來,比起延長甲片,我更崇尚天然」,Juan Alvear 坦言:「因為服務客戶時,我的指甲總是被磨到或刮傷。」[1]

    參考資料

    1. Nail Files: Juan Alvear on Why “Cutesy Toes” and “Spiky Nails” Do, In Fact, Go Together
    2. 浮誇系美甲當道!2021 年夏季美甲師最愛的出人意表 27 個美甲趨勢
    3. 最噁爛美甲……把活螞蟻關進指甲 還瞎扯:牠們有在呼吸
    4. Reinecke, J. K., & Hinshaw, M. A. (2020). Nail health in women. International journal of women’s dermatology6(2), 73–79.
    5. Dinani, N. & George, S. (2019). Nail cosmetics: a dermatological perspective. Clin Exp Dermatol, 44: 599-605.
    6. Nail Changes
    7. Chemotherapy side effects: physical changes
    8. Nail Hardeners vs. Nail Hydrators: Which Works Best for Brittle Nails?
    9. 美容作業人員有機溶劑暴露及通風設施改善與管理探討─以美甲人員為例
    10. Trending – Nail Polish
    11. Rieder, E. A., & Tosti, A. (2016). Cosmetically Induced Disorders of the Nail with Update on Contemporary Nail Manicures. The Journal of clinical and aesthetic dermatology9(4), 39–44.
    12. 壓克力高分子的應用
    13. What Is Gel Nail Polish Made of?
    14. Ask the Expert: Are the UV Lamps in the Dryers at the Nail Salon Safe to Use?
    15. 國際電腦漢字及異體字知識庫:胬

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    胡中行_96
    9 篇文章 ・ 7 位粉絲
    曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。