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鈦酸鍶:新的電晶體絕緣氧化物

科景_96
・2011/02/09 ・1073字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 558 ・八年級
相關標籤:

Original publish date:Jan 08, 2004

編輯 Agape 報導

德國研究人員以電腦首次成功的模擬出鈦酸鍶(SrTiO3)與氧化矽的組合效應,足以解釋氧化層的的形成過程,以及電性的控制。原始文獻見於”The interface between silicon and a high-k oxide,”(Nature 427, 53 (2004))。

Sciscape在最近﹐報導了一連串有關於電晶體的科學新知﹐其中包含了目前世界上最快的BJT電晶體﹑Intel新一代的CPU﹑以及世界上第一個發光電晶體。這些新聞的出現﹐正說明了科學家們仍然在想盡各種方法﹐來將電晶體-這個現代生活幾乎不可或缺的發明-在其速度﹑功能等方面﹐作到最好的利用。隨著電晶體尺寸的縮小﹐其中用來絕緣金屬閘的氧化物(目前幾乎全是二氧化矽﹐SiO2)也必須按元件的比例縮小﹐最小可到數十甚至今數奈米。但是﹐在二氧化矽的厚度接近奈米範圍時﹐就必須考慮電子因量子效應而產生的穿隧(tunneling) 。在這個情況下﹐導電通路中的電子將有可能穿過二氧化矽﹐如此一來就失去了絕緣的效果﹐元件也會產生漏電的情形。

有鑒於此﹐科學家們開始考慮是否一定要堅持繼續使用二氧化矽﹐或者是尋找其它的氧化物來代替。由於二氧化矽是製造電晶體的主要材料-矽-的氧化物﹐在晶體結構﹑絕緣特性﹑生產製程等各方面﹐都是最佳的選擇。要找到能夠代替它的材料﹐還十分不容易。即使有人突發奇想地提議使用某種材料﹐也因為無法確定其與矽的表明接觸時﹐是否在化學於物理特性上足夠穩定而不了了之。直到最近﹐分別來自德國與奧地利的科學家們﹐利用電腦模擬的方式﹐計算了鈦酸鍶作為電晶體氧化物的特性﹐才發現或許這就是長期以來大家所尋找的替代材料。

他們利用精密先進的晶體結構計算﹐模擬了鈦酸鍶與(001)矽結合時﹐在兩者的介面的晶體結構與化學﹑物理特性。結果顯示﹐在某一種的情況之下﹐鈦酸鍶與矽具有最佳的匹配﹐不僅矽表面的dangling bonds能被鍶接收﹐其表面的凹凸起伏也正好由鈦酸鍶來填滿。除此之外﹐為了確定 鈦酸鍶的絕緣性﹐他們也計算了它對電子的能障(energy barrier) ﹐得到約1.2-1.3eV的結果。這個數字﹐也滿足避免電子穿過氧化物的最小能障1eV的要求。

這項研究的結果﹐預期將為電晶體的研發帶來一個新的方向﹐也就是借助了電腦模擬的計算得知﹐除了將尺寸縮小之外﹐還可以在材料上作變化。至於在實際製造上是否能夠如所模擬的一樣令人滿意﹐就有待相關的實驗來驗證了。

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

  • [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
  • [Nov 14, 2003] BJT的速度競賽﹕可不可以再快一點﹖
  • [May 30, 2003] 速度更快的透明電晶體

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  • 文章難易度
    科景_96
    426 篇文章 ・ 7 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。

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    越休息越背痛?小心僵直性脊椎炎正在悄悄找上你!
    careonline_96
    ・2025/05/16 ・2613字 ・閱讀時間約 5 分鐘

    圖 / 照護線上

    你曾有過持續背痛,休息越久反而越不舒服,甚至因此駝背的狀況嗎?小心,可能是僵直性脊椎炎(Ankylosing Spondylitis, AS)!童綜合醫院過敏免疫風濕科主任邱瑩明醫師解釋,僵直性脊椎炎是一種自體免疫疾病,最常見症狀為持續的背部疼痛,但因容易被誤認為一般肌肉疼痛而忽略。疾病好發於青少年至年輕成人,從十幾歲便可能開始發病,且男性患者的比例顯著高於女性,約為4:1,患者發病時可能正值青年,而因疾病影響了原本的生活、工作計劃。

    「年輕男性出現駝背,為僵直性脊椎炎明顯特徵,若未持續治療,恐對外觀造成影響。」邱瑩明醫師分享,在診間曾遇過一名高中生因背痛、駝背就診,進而診斷為僵直性脊椎炎。然而,該患者卻在症狀改善後,就自行中斷療程,數年後因疼痛加劇來到門診就醫,不只病情惡化、駝背加深,更造成脊椎不可逆的損傷,顯示持續治療的重要性。

    什麼是僵直性脊椎炎?
    圖 / 照護線上

    延誤診斷恐失能!五大症狀符合一項,應至風濕免疫科就診

    除了持續治療外,延誤就診的風險也不可輕忽!研究顯示,僵直性脊椎炎的延誤就醫平均時間長達 5 至 10 年。邱瑩明醫師補充說明,臨床上常見患者因症狀輕微或誤認為肌肉痠痛,而不知道自身患有僵直性脊椎炎。若不及時治療,可能引發脊椎反覆發炎沾黏,患者背部逐漸彎曲變形、無法站直,最終恐致失能。除脊椎病變外,患者也可能出現周邊關節炎、虹彩炎、跟腱炎、發炎性腸道疾病、乾癬等。因此早期發現並積極治療至關重要,避免疾病發展至不可逆的階段。

    下背痛是僵直性脊椎炎最常見的症狀,與一般肌肉疼痛不同,患者在下背部或臀部會感到持續疼痛,尤其是在清晨或長時間靜止後,疼痛更加明顯。邱瑩明醫師分享,診間常見患者因腰痠背痛在半夜痛醒,或睡眠五到六個小時後就被痛醒。而一般人早上起床時可能覺得動作有些僵硬,但不會維持太久。若僵硬持續超過一小時,則需要注意,可能是僵直性脊椎炎的徵兆。

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    包邱瑩明醫師也提醒,一般的腰痠背痛,會在活動時加劇,但僵直性脊椎炎的腰痠背痛,活動便得以改善,長時間不動反而更痛。若出現以下症狀就需注意:背部疼痛或夜間疼痛持續三個月以上、早晨僵硬感超過一個小時以上、越不動會越痛、活動後反而較不痛,請務必提高警覺,盡快至風濕免疫科檢查。

    僵直性脊椎炎警訊愛注意
    圖 / 照護線上

    治療不可等!醫:生物製劑助精準控制發炎

    「若錯過治療時機,症狀會越來越嚴重,影響生活品質之外,更損害工作能力。」邱瑩明醫師提到,曾遇一位患者的職業是司機,長期輕忽下背痛的問題,隨著僵直性脊椎炎惡化,連頸椎都受到影響,讓他的頭無法左右轉動,最後便無法繼續擔任司機。

    僵直性脊椎炎要及早治療避免惡化
    圖 / 照護線上

    邱瑩明醫師指出,僵直性脊椎炎的治療,一般會先使用口服的非類固醇抗發炎藥物緩解症狀。不過,從治療面向來看,僵直性脊椎炎是自身免疫過度反應引起,使用傳統免疫調節劑及生物製劑,經由免疫調控方式,更能控制發炎的狀況。

    根據標準治療(國際治療指引),當患者病情為重度或傳統免疫調節劑皆無效時,優先建議使用生物製劑治療。邱瑩明醫師進一步補充,生物製劑的治療機轉較精準,能夠達到較佳的治療成效。在接受治療一週後,患者的症狀就會顯著改善。持續治療一年可有效降低 50% 以上的發炎反應,且追蹤兩年後七成患者無惡化。除此之外,生物製劑的治療區隔更長,現已有藥物可每四週使用一次,對患者而言更加彈性,對生活影響度低。

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    生物製劑已納入健保給付,只是使用的時機會比標準治療(國際治療指引)較為嚴格些。但只要患者的狀況符合健保給付條件,醫師都會協助申請使用。在接受藥物治療的同時,患者也要戒菸、維持正常作息、養成規律運動的習慣,幫助減輕症狀,改善生活品質。僵直性脊椎炎的治療持續進步,患者及家屬可以主動和醫師討論,共同擬定合適的治療計畫。

    筆記重點整理

    ● 僵直性脊椎炎是一種自體免疫疾病,主要好發於青少年至年輕成人,通常從十幾歲(高中年齡)開始發病。男性患者的比例顯著高於女性,男女比例約為 4:1。

    ● 下背痛是僵直性脊椎炎常見的症狀,患者在下背部或臀部會感到持續疼痛,特別是在清晨或長時間靜止後症狀會更明顯。一般的腰痠背痛,會在活動時加劇;但僵直性脊椎炎的腰痠背痛,活動後會改善,休息越久反而越不舒服。如果有晨間僵硬、夜間疼痛、背痛持續三個月以上等狀況,請務必提高警覺,盡快至風濕免疫科檢查。

    ● 僵直性脊椎炎的治療,會先使用口服的非類固醇抗發炎藥物,幫助緩解症狀。僵直性脊椎炎是自身免疫過度反應引起,使用傳統免疫調節劑及生物製劑,更能控制發炎的狀況。

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    ● 根據標準治療(國際治療指引),當患者病情為重度或對傳統免疫調節劑無效時,建議使用生物製劑治療。生物製劑的治療機轉較精準,能夠達到較佳的治療成效。在接受治療一週後,患者的症狀就會顯著改善。持續治療一年可有效降低 50% 以上的發炎反應,且追蹤兩年後七成患者無惡化。

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    小孩太早發育不一定好?骨齡檢查真相一次看懂!
    careonline_96
    ・2025/05/14 ・2929字 ・閱讀時間約 6 分鐘

    為什麼骨齡會超前?兒童內分泌專科醫師圖文解說
    圖 / 照護線上

    實際案例分享

    十歲的小豪骨齡竟然高達十三歲!! 媽媽好擔心小豪會因而長不高,一進診間就著急地要求邱醫師給小豪性早熟的針劑治療,甚至詢問能不能施打生長激素?

    然而,經邱醫師詳細理學檢查,小豪當時沒有任何第二性徵,根本還沒開始青春期發育!身高 153 公分(超過第95百分位),體重卻重達 65 公斤(BMI 超過第 99 百分位),屬於肥胖體格。近一年來體重也增加了近 10 公斤! 原來,小豪的骨齡超前是因為肥胖與快速增加體重所致,在接下來四年多的發育過程,小豪很認真地配合醫囑,認真遵循健康的生活型態:充足睡眠、每天運動、均衡健康的飲食,每天量測體重做紀錄並定期回門診追蹤。最後,小豪在完全沒有藥物介入的情形下,國中一年級開始出現第二性徵,國三順利達到 178 公分的成人身高,體重穩定控制在 68 公斤。媽媽這才鬆了一口氣,卸下心中的大石頭。

    類似的情節,在兒童內分泌科診室一而再再而三地上演。究竟「骨齡超前」、「骨齡落後」是不是生病?為什麼兒童內分泌科醫師沒有建議我的孩子做藥物治療?

    骨齡:評估兒童青少年生長發育的一個重要工具

    「骨齡(Bone age)」、「骨骼的年齡」,是根據 1959 年 Greulich and Pyle 及 1976 年 Tanner-Whitehouse 2 method,由左手手掌與手腕的骨骼影像,推測全身骨骼成熟度的一種方法。

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    骨齡檢查是診斷兒童生長發育相關疾患與特定內分泌疾患的一項重要依據,如:身材矮小、身高過高、生長遲緩、性早熟、性晚熟、生長激素缺乏等,所以兒童內分泌科醫師常會用骨齡檢查作為診斷參考。

    骨齡檢查怎麼做?

    骨齡的檢查方法為:將「左手」手掌平放在檢查台,照射低輻射劑量X光,取得清晰的手掌、手腕與遠端尺骨、橈骨影像,再由兒童內分泌科醫師做專業判讀。

    骨齡超前與落後的常見原因
    圖 / 照護線上

    骨齡檢查安全嗎?

    骨齡檢查的輻射劑量僅 0.0025 毫西弗,約莫胸部X光的十分之一,是台灣每人每年接受的天然背景輻射劑量 1.62 毫西弗的千分之一點五,而且照射時間短暫,左手掌也不是體內重要的維生器官,只要遵循醫師醫囑之檢查頻率,基本上是安全的。

    骨齡影像可以提供那些資訊?

    兒童內分泌科醫師會根據左手手掌與手腕的影像,仔細查看每一塊骨頭的大小、形狀、每一個生長板的空隙大小,判斷骨齡。專業的兒童內分泌科醫師會再根據實際生理年齡與伴隨的生長發育趨勢做整體評估,並藉此推估孩子未來的成人身高。

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    此外,邱醫師也會在骨齡的影像上特別留意是否合併其他骨骼異常的表現,如佝僂症、透納氏症、SHOX基因突變、Albright遺傳性骨發育不全症(Albright hereditary osteodystrophy)等,這些疾病也會造成兒童身材矮小與生長遲緩。

    骨齡不是性早熟的唯一診斷標準,骨齡超前也不等於性早熟!

    爸爸媽媽常常因為孩子骨齡大於實際年齡而焦慮緊張,擔心孩子性早熟而要求接受藥物的治療,其實多數這樣的孩子是處在正常年齡開始青春期發育,不僅沒有性早熟,也有不錯的身高潛力,所以只需要定期門診追蹤,維持健康的生活型態,往往就能達到符合遺傳條件,甚至更好的成人身高唷!

    影響骨齡大小的因素有哪些?

    骨骼的成熟受到許多因素的影響,如:營養狀態、遺傳體質、青春期發育、甲狀腺功能、生長激素、皮質醇、藥物等。

    青春期階段,由於性荷爾蒙濃度逐漸上升,並間接刺激生長激素的分泌增加,因此,大多數青春期的孩子身高明顯長得比先前快。但隨著性荷爾蒙濃度愈來愈高,同時也會加速骨骼成熟、促進生長板閉合,一旦所有生長板都閉合,也就決定了最終的成人身高。

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    骨齡超前可能影響成人身高
    圖 / 照護線上

    臨床上常見孩子進入青春期後,骨齡開始有明顯加速的現象,但此時也常伴隨相對應的身高生長速度,倘若身高符合骨齡該有的表現,孩子的成人身高就不會受到影響。換句話說,骨齡超前不等於性早熟! 骨齡超前不等於性早熟!!骨齡超前不等於性早熟!!!

    然而,有些孩子在不該發育的年齡即出現第二性徵,如:女孩未足八歲出現乳房、陰毛發育,未足十歲來初經;男孩未足九歲出現睪丸、陰莖、陰毛發育。這樣的孩子倘若又合併長高速度明顯增加、骨齡超前於實際年齡兩歲以上,就會高度懷疑是「性早熟」,兒童內分泌科醫師將進一步安排相關的荷爾蒙檢查來確認診斷,並在必要時給予藥物治療。

    造成骨齡超前的常見原因有:青春期發育、肥胖、遺傳、環境荷爾蒙的暴露、甲狀腺亢進等。相反的,導致骨齡落後的常見原因有:營養不良、體質性生長遲緩、甲狀腺功能低下、全身系統性慢性疾病、特殊藥物使用等。

    肥胖、油炸飲食,是讓孩子骨齡超前的真兇

    肥胖兒童由於脂肪細胞瘦體素、性荷爾蒙、生長因子以及相對胰島素阻抗等複雜因素造成骨齡容易快速進展,最終導致青春期前看起來高高胖胖,但青春期過程中骨齡進展得更為明顯,反倒長高速度明顯趨緩,最終因為成長時間受限而無法達到理想成人身高! 所以,小時候養得胖胖的,長大不但不會抽高,還會沒時間長高!!!!

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    另外,也有一些影響兒童生長的問題或疾病,如:透納氏症,在進入青春期以前骨齡檢查也會符合實際生理年齡。因此,骨齡等同於生理年齡也不代表孩子一定健康沒生病!還是必須經過專業的兒童內分泌科醫師整體評估。

    骨齡不是單獨判斷標準,還得看整體生長趨勢

    專業的兒童內分泌科醫師會根據孩子的年齡、身高、體重、身體質量指數(BMI)、營養狀態、潛在疾病、青春期發育的成熟度,綜合判斷骨齡是否符合整體表現。孩子的「生長趨勢」與「骨齡變化」都是很重要的診斷依據,大多數的孩子只要落實健康的生活習慣(飲食、行為治療),都可以順利長高。藥物治療介入與否須由專業醫師針對個別孩子的問題做綜合判斷。

    圖 / 照護線上
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    胃鏡進場、無需開刀!訂書針縫胃手術縫出健康胃
    careonline_96
    ・2025/05/09 ・2380字 ・閱讀時間約 4 分鐘

    圖 / 照護線上

    「有位二十多歲的女士,在生產後合併壓力性肥胖,進食量真的很大。」新悅美型醫學診所院長劉家嘉醫師表示,「因為健康檢查顯示有脂肪肝,且肝功能及膽固醇偏高,再加上大食量,自己藉由飲食和運動的效果一直很有限,所以讓她決心積極尋找醫學方式來治療她的肥胖問題。

    經過詳細和病患討論後,她決定接受訂書針縫胃手術,利用胃鏡於胃內進行胃部體積縮小,幫助減少進食量。劉家嘉醫師說,術後不久,她已減少了 14 公斤,肝功能已恢復正常,目前仍持續追蹤與控制中,相信3個月即可順利達到理想體重。」

    肥胖可能導致很多併發症,包括糖尿病、高血壓、高血脂、脂肪肝、心血管疾病、睡眠呼吸中止症、性功能障礙、不孕、膝關節退化等,而且還會增加罹患乳癌、大腸癌等多種癌症的風險。此外,肥胖會增加日後發生憂鬱症之風險,憂鬱症本身也會增加肥胖的發生率。建議肥胖者應減重,改善其憂鬱情緒及增加憂鬱症之緩解率[1]

    積極減重幫助減少肥胖併發症
    圖 / 照護線上

    台灣 2017-2020 年「國民營養健康狀況變遷調查」顯示 18 歲以上成人過重及肥胖盛行率攀升至 50.3%[2]。透過醫療專業介入,積極減重能夠減少許多的併發症。劉家嘉醫師表示,首先要仔細找出造成肥胖的原因,並搭配營養調整、適度運動。如果無法藉由飲食、運動有效減重,可能就要考慮使用藥物、胃鏡減重手術、外科減重手術等方式。

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    劉家嘉醫師說,利用胃鏡進行減重手術的方法有幾種,包含胃內肉毒注射治療,胃內水球植入術、訂書針縫胃手術、胃鏡縫胃(又稱內視鏡袖狀胃成形術,或者無痕胃拉提,或者胃鏡縮胃,英文簡稱 ESG)等。因為每人肥胖成因不同,劉家嘉醫師建議,一定要先了解病患肥胖的原因並進行完整的術前檢查,排除不適合的禁忌症族群,選擇適合的治療方式,效果最佳。

    訂書針縫胃手術、內視鏡袖狀胃成形術ESG此兩種方式,是利用特殊器械套在胃鏡上,從患者嘴巴進到胃裡,無皮膚傷口,從胃內進行縫合,縮小胃容量。訂書針縫胃手術是以類似訂書針的方式固定胃壁,胃鏡縫胃(無痕胃拉提)是以類似縫束的方式縫合胃壁。劉家嘉醫師說,此兩種手術的器械與手術方法不同,因此也適用於不同的族群。

    訂書針縫胃手術步驟解析

    訂書針縫胃手術會在全身麻醉下進行,醫師操作一套特殊的手術平臺 IOP,將器械送入胃內進行縫合。劉家嘉醫師解釋,首先會利用一支大組織夾抓取欲縫合的胃壁組織,然後再利用特殊針頭穿線並使用鈦鎳合金的金屬板(稱為 snowshoe 雪靴)扣住,有點類似「訂書針」概念,將欲縫合的胃壁組織固定在一起,進而有效縮小胃部容量。

    訂書針縫胃手術步驟解析
    圖 / 照護線上

    醫師會重複上述動作,一處一處把胃壁組織訂起來。劉家嘉醫師說,依照亞洲患者的體型,平均大約使用 6 至 8 組 snowshoes 固定板即可完成縮小胃部容積,此手術通常可在 30 分鐘內完成,待麻醉恢復後,患者便可恢復正常的活動。術後的飲食會從清流質開始,再逐步進入低渣飲食、一般食物。由於胃部仍有細微傷口,請務必依照指示服藥。

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    接受訂書針縫胃手術後,胃容積可縮小 50% 至 70%,幫助患者減少食量。劉家嘉醫師說,根據研究,若能搭配飲食、運動,醫學研究顯示術後一年約可降低總體重的 18%~20%。

    訂書針縫胃特點解析
    圖 / 照護線上

    「訂書針縫胃手術不會切除胃部,不會在體表留下傷口,疼痛較少,恢復期較短,且可顯著減少胃容量,幫助食量較大的患者控制飲食。」劉家嘉醫師說,「術後患者一定要做好飲食控制、規律運動,才能達到最佳的減重成效,並避免復胖!」

    筆記重點整理

    • 肥胖可能導致很多併發症,包括糖尿病、高血壓、高血脂、脂肪肝、心血管疾病、睡眠呼吸中止症、性功能障礙、不孕、關節退化等,而且還會增加罹患乳癌、大腸癌等多種癌症的風險。
    • 透過醫療專業介入,積極減重能夠減少許多的併發症。要仔細找出造成肥胖的原因,並搭配營養調整、適度運動。如果無法藉由飲食、運動有效減重,可能就要考慮使用藥物、胃鏡減重手術、外科減重手術等方式。
    • 訂書針縫胃手術會在全身麻醉下進行,醫師操作一套特殊的手術平臺,將器械送入胃內進行縫合。訂書針縫胃手術不會切除胃部,不會在體表留下傷口,疼痛較少,恢復期較短。
    • 接受訂書針縫胃手術後,胃容積可縮小 50% 至 70%,幫助患者減少食量。根據研究,若能搭配飲食、運動,術後一年約可降低總體重的 18%~20%。
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