Trung Quốc tạo đột phá với chất bán dẫn siêu mỏng

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa sản xuất được một loại vật liệu bán dẫn siêu mỏng, một bước phát triển có thể dẫn đến việc tạo ra các vi mạch nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.

Theo SCMP, một nhóm các nhà khoa học, dẫn đầu là Liu Kaihui thuộc Đại học Bắc Kinh, Liu Can thuộc Đại học Nhân dân và Zhang Guanyu thuộc Viện Vật lý Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc nghiên cứu phương pháp chế tạo có thể sản xuất vật liệu bán dẫn chỉ dày 0,7 nanomet (nm). Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học Trung Quốc, được công bố ngày 5-7 trên tạp chí khoa học Science, đã giải quyết một trở ngại lớn trong việc thu nhỏ kích thước của chip silicon truyền thống, bởi khi nhỏ hơn, chip silicon sẽ gặp phải các giới hạn vật lý ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng.

Các nhà khoa học nghiên cứu các dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (TMD) hai chiều (2D) như một chất thay thế cho silicon, với độ dày chỉ 0,7nm, so với 5-10nm thông thường của silicon. TMD cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn và có đặc tính vận chuyển điện tử được cải thiện, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các bóng bán dẫn được thu nhỏ có trong các chip điện tử và quang tử thế hệ tiếp theo. Tuy nhiên, cho đến nay, việc sản xuất TMD vẫn là thách thức. Theo bài báo đăng trên Science, kỹ thuật mà các nhà khoa học Trung Quốc phát triển cho phép họ nhanh chóng tạo ra các tinh thể 2D chất lượng cao theo 7 công thức khác nhau, khiến cho việc sản xuất hàng loạt trở nên khả thi.

Tân Hoa xã dẫn lời nhà khoa học Liu Kaihui cho biết, theo quy trình sản xuất truyền thống, các nguyên tử được lắp ráp từng lớp trên một chất nền - tương tự như xây một bức tường bằng gạch - thường tạo ra các tinh thể không đủ độ tinh khiết. Theo ông Liu Kaihui, điều này là do sự sắp xếp nguyên tử không thể kiểm soát được trong quá trình phát triển tinh thể và sự tích tụ các tạp chất và tinh thể khiếm khuyết. Nhóm nghiên cứu sắp xếp lớp nguyên tử đầu tiên trên chất nền theo quy trình truyền thống. Tuy nhiên, các nguyên tử tiếp theo được thêm vào giữa chất nền và lớp tinh thể đầu tiên, để tạo thành các lớp mới. Phương pháp này bảo đảm rằng cấu trúc của mỗi lớp tinh thể được xác định bởi chất nền bên dưới, điều này cũng ngăn ngừa hiệu quả sự tích tụ các tinh thể khuyết tật và cải thiện khả năng kiểm soát cấu trúc. Một tuyên bố trên trang web của Đại học Bắc Kinh cho biết kỹ thuật này đạt được tốc độ hình thành lớp tinh thể là 50 lớp mỗi phút, tối đa là 15.000 lớp. “Sự sắp xếp nguyên tử của mỗi lớp là hoàn toàn song song và được kiểm soát chính xác”, tuyên bố cho biết.

Các nhà nghiên cứu cho biết, các tinh thể 2D chất lượng cao là vật liệu đáp ứng tiêu chuẩn quốc tế dành cho vật liệu mạch tích hợp, gồm cả mục tiêu di chuyển điện tử và khả năng chuyển đổi tần số của Lộ trình quốc tế dành cho Thiết bị và Hệ thống. “Những tinh thể 2D này, khi được sử dụng làm vật liệu cho bóng bán dẫn trong mạch tích hợp, có thể tăng cường đáng kể khả năng tích hợp chip. Trên một con chip có kích thước bằng móng tay, mật độ bóng bán dẫn có thể tăng lên đáng kể, do đó tăng cường sức mạnh tính toán”, nhà khoa học Liu Kaihui cho biết.

Vật liệu bán dẫn chỉ dày 0,7nm được coi là bước đột phá lớn. Từ 7nm xuống 5nm, rồi từ 5nm xuống đến 3nm, việc theo đuổi các quy trình tiên tiến của ngành bán dẫn sẽ không bao giờ dừng lại, bởi trong thế giới công nghệ, việc thu nhỏ các thành phần điện tử là nhiệm vụ hàng đầu. Giảm kích thước bóng bán dẫn sẽ cho phép tạo ra các mạch dày đặc hơn và mạnh hơn, từ đó giúp cải thiện hiệu quả năng lượng của các thiết bị. Theo Business Korea ngày 19-7, các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học Cơ bản Hàn Quốc (KBSI) gây sự chú ý lớn khi tạo ra được các bóng bán dẫn có kích thước nhỏ hơn 1nm thông qua các khuyết tật tinh thể trong molypden disulfide, một vật liệu cấu trúc lamellar tinh thể có trong khoáng chất tự nhiên Molybdenite. Tiến bộ này khắc phục những hạn chế hiện tại của quang khắc và cho phép tạo ra các bóng bán dẫn cấu trúc nhỏ hơn nữa so với trước đây, mở ra triển vọng mới cho việc sản xuất chất bán dẫn siêu nhỏ. Công nghệ do KBSI phát triển hứa hẹn giúp tạo ra các bóng bán dẫn có kích thước chỉ 0,5nm.

GIA NGHI