Buzz
Sau một thập kỷ nỗ lực, các nhà nghiên cứu tại Viện công nghệ Georgia, bang Atlanta, Mỹ đã thành công trong việc tạo ra chất bán dẫn graphene đầu tiên có thể hoạt động như mong đợi. Vật liệu này từng được coi là giải pháp cho tương lai và hiện nay trở thành một trong những nguyên liệu tiềm năng thay thế cho silic nguyên chất trong ngành chip bán dẫn, đồng thời giúp thúc đẩy quá trình nghiên cứu máy tính lượng tử và duy trì định luật Moore.
Kim cương nhân tạo cũng là một vật liệu tiềm năng không kém
Nghiên cứu mới của các nhà khoa học Mỹ về vật liệu epitaxial graphene tập trung vào tính bán dẫn, viết tắt là SEC, từ Silicon Carbide. Đây là ý tưởng mang lại tốc độ di chuyển electron gấp 10 lần so với transistor silic truyền thống, theo giáo sư vật lý Walt de Heer.
Quy trình tạo ra vật liệu epigraphene sử dụng phương pháp đã được ứng dụng trong hơn 50 năm để tạo ra graphene, loại vật liệu nổi tiếng với tính chất siêu nhẹ, siêu cứng, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, cũng như tính trong suốt.
Theo giáo sư de Heer, quy trình sản xuất vật liệu này tương đối chi phí thấp, với các nguyên liệu có giá rẻ như miếng SiC, nồi nấu than chì, và ống thạch anh.Từ năm 2008, các nhà khoa học đã nảy ra ý tưởng sản xuất chất bán dẫn graphene bằng cách nung SiC trong không khí. Trước đó, việc nghiên cứu này gặp khó khăn vì không có khe vùng cố định, dẫn đến transistor graphene không thể điều khiển bật tắt như mong đợi. Nhóm của giáo sư de Heer đã tìm ra giải pháp cho vấn đề này.Trước đó, đã có nghiên cứu cố gắng giải quyết vấn đề khe vùng không cố định của graphene bằng cách thay đổi lớp đế substrate của wafer bán dẫn bằng các hình thái khác nhau của graphene, nhưng không thành công do kích thước quá mỏng.Một cách khác để tạo ra khe vùng và biến graphene thành chất bán dẫn là biến dạng lớp graphene. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra khe vùng rất nhỏ, không đủ để sản xuất ra sản phẩm thực tế. Trong khi đó, chip xử lý silicon có khe vùng lớn hơn nhiều. Graphene từ Viện Khoa học Georgia đã tạo ra khe vùng đủ lớn để xử lý logic, nhưng chip sản xuất từ nó sẽ hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn.
Theo giáo sư de Heer: “Nghiên cứu của chúng tôi khác biệt vì chúng tôi đã thành công trong việc tạo ra các miếng wafer graphene lớn không chứa tạp chất dựa vào chất liệu SiC nguyên chất và bề mặt siêu phẳng. SiC hiện giờ là vật liệu phổ biến trong ngành điện tử, có độ phát triển và hoàn thiện cao, hoàn toàn tương thích với các giải pháp xử lý vi điện tử thông thường.”
Tạo ra vật liệu bán dẫn epitaxial graphene với khả năng cho phép electron di chuyển nhanh gấp cả chục lần so với transistor silic, có nghĩa là chip bán dẫn có thể vận hành ở xung nhịp terahertz, không chỉ gigahertz như hiện nay nữa. Tuy nhiên, để biến vật liệu này thành sản phẩm, ví dụ như chip xử lý máy tính lượng tử, vẫn cần thời gian và nỗ lực nghiên cứu để tìm ra cách ứng dụng thực tế. Giáo sư de Heer cũng thừa nhận cần có nghiên cứu cụ thể để xác định khả năng thay thế của graphene cho các chất siêu bán dẫn trong máy tính lượng tử hiện tại.
Với chip xử lý truyền thống, vật liệu graphene này đảm bảo hiệu suất tốt hơn nhiều so với silic, với trở kháng thấp và việc vận hành chip ở xung nhịp mạnh mẽ hơn, nhiệt độ chip cũng thấp hơn. Tuy nhiên, để thực hiện điều này, quy trình gia công bán dẫn hiện tại, phụ thuộc vào công nghệ quang khắc thạch bản tấm wafer silicon nguyên chất, sẽ cần phải thay đổi hoàn toàn.
Giáo sư De Heer nhấn mạnh: “Có thể hiểu thành tựu này giống như lái máy bay đầu tiên của anh em nhà Wright. Thành công không chỉ phụ thuộc vào sự nỗ lực mà còn dựa vào sự hỗ trợ và phát triển công nghệ từ cộng đồng toàn cầu.”
Theo tin từ Techspot
