Công nghệ Trung Quốc đột phá: Vật liệu bán dẫn mỏng gấp 10 lần loại hiện có

Các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển vật liệu bán dẫn siêu mỏng chỉ 0,7 nanomet, giúp tăng tốc độ xử lý và tiết kiệm năng lượng. Với bước tiến này, Trung Quốc có thể thay đổi ngành công nghiệp chip toàn cầu.

Một nhóm các nhà khoa học bao gồm Liu Kaihuu đến từ Đại học Bắc Kinh, Liu Can thuộc Đại học Nhân dân và Zhang Guangyu đến từ Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã phát triển một phương pháp chế tạo để sản xuất vật liệu bán dẫn có độ dày chỉ 0,7 nanomet.

Sản xuất thành công vật liệu bán dẫn có độ dày chỉ 0,7 nanomet.

Dự án của các nhà nghiên cứu được công bố trên tạp chí Science vào ngày 5/7. Theo đó, bước đột phá này giúp giải quyết rào cản chính trong việc giảm kích thước của chip làm từ silicon truyền thống, đó là khi các thiết bị co lại, chip silicon sẽ đạt đến một giới hạn vật lý gây ảnh hưởng đến hiệu suất.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã khám phá ra kim loại chuyển tiếp dichalcogenide (TMD) 2 chiều (2D) có thể làm chất thay thế cho silicon, với độ dày chỉ 0,7 nanomet trong khi kích cỡ thông thường của silicon là 5-10 nanomet.

Chưa dừng ở đó, TMD cũng tiêu thụ ít năng lượng hơn và khả năng truyền điện năng vượt trội. Nhờ đó, vật liệu này rất thích hợp sản xuất các bóng bán dẫn có kích thước siêu nhỏ - vốn là tính năng của chip điện tử và quang tử thế hệ tiếp theo.

Theo bài báo được đăng tải trên trang Science, kỹ thuật do các nhà khoa học Trung Quốc phát triển giúp nhanh chóng tạo ra các tinh thể 2D chất lượng cao theo 7 công thức khác nhau, cho phép việc sản xuất hàng loạt trở nên khả thi.

Nhà khoa học Liu Kaohui chia sẻ với Tân Hoa Xã rằng, quy trình chế tạo truyền thống, bao gồm việc lắp ráp từng lớp nguyên tử trên một chất nền (như xây tường bằng gạch) thường tạo ra các tinh thể không đủ độ tinh khiết. Ông giải thích nguyên nhân là do không thể kiểm soát việc sắp xếp nguyên tử trong quá trình phát triển tinh thể và tình trạng tích tụ các tạp chất, khuyết tật tinh thể.

Nhóm các nhà khoa học đã sắp xếp lớp nguyên tử đầu tiên trên chất nền như quy trình truyền thống. Song, các nguyên tử tiếp theo sẽ được sắp xếp ở giữa chất nền và lớp tinh thể đầu tiên, đẩy lớp nguyên tử đó lên như măng trúc để tạo thành một lớp mới.

Phương pháp “phát triển trên bề mặt” đầu tiên này đảm bảo cấu trúc của mỗi lớp tinh thể đều được cố định bởi chất nền bên dưới. Điều này cũng ngăn chặn hiệu quả sự tích tụ của khuyết tật tinh thể và tăng khả năng kiểm soát cấu trúc.

Thông báo trên trang web của Đại học Bắc Kinh cho biết, kỹ thuật được thực hiện trong nghiên cứu này đạt tốc độ hình thành lớp tinh thể là 50 lớp mỗi phút, tối đa là 15.000 lớp. Hơn nữa, nguyên tử ở mỗi lớp tinh thể được sắp xếp song song hoàn toàn và được thực hiện một cách chính xác.

Các tinh thể 2D chất lượng cao được nhóm sử dụng bao gồm: molybdenum disulfide, molybdenum diselenide, tungsten disulfide, tungsten diselenide, niobium disulfide, niobium diselenide và molybdenum sulfoselenide.

Nhóm nhà khoa học cho biết, những vật liệu này đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế về vật liệu mạch tích hợp, bao gồm cả mục tiêu về độ linh động của electron và khả năng chuyển đổi tần số theo Tiêu chuẩn Quốc tế cho Thiết bị và Hệ thống (IRDS).

Liu cho hay: “Khi được sử dụng làm vật liệu cho bóng bán dẫn trong mạch tích hợp, những tinh thể 2D này có thể thúc đẩy mạnh mẽ khả năng tích hợp chip. Trên một con chip có kích thước bằng móng tay, mật độ bóng bán dẫn có thể tăng lên nhiều hơn do đó làm tăng khả năng tính toán của nó”.

• Chế tạo vật liệu nhiệt điện rẻ tiền
• Vật liệu bán dẫn nhựa hữu cơ tăng hiệu quả của pin năng lượng mặt trời
• Lần đầu tiên, các nhà khoa học liên kết thành công vật liệu siêu dẫn với vật liệu bán dẫn