Phát triển thành công bán dẫn vi mạch bằng "graphene" đầu tiên trên thế giới

Các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Georgia đã đạt được một kỳ tích lịch sử bằng cách chế tạo vi mạch bán dẫn bằng graphene chức năng đầu tiên trên thế giới.

The first-ever functional graphene semiconductor is developed - 4TechNews

Thế kỷ 21, nhu cầu sử dụng các thiết bị điện tử nhỏ hơn và nhanh hơn ngày càng tăng, mở rộng các ứng dụng trong các lĩnh vực như y học và robot. Chất bán dẫn graphene hứa hẹn sẽ thúc đẩy những công nghệ này.

Nỗ lực nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng này đã thúc đẩy các chuyên gia tập trung phát triển các vật liệu tiên tiến cho các thiết bị điện tử hiện đại.

Giờ đây, tại Georgia Tech, một nhóm do Giáo sư Vật lý Walter de Heer của Regents dẫn đầu, đã đạt được một cột mốc quan trọng trong việc theo đuổi mục tiêu này, đó là tạo ra chất bán dẫn chức năng đầu tiên trên thế giới sử dụng graphene.

de Heer nhận xét: “Điều này giống như khoảnh khắc của anh em nhà Wright”, nhấn mạnh tiềm năng của công nghệ này trong việc thúc đẩy những tiến bộ trong điện toán lượng tử.

Một chất thay thế silicon đầy hứa hẹn

Chất bán dẫn graphene, có cấu trúc carbon hai chiều giống như tổ ong, có những đặc tính vượt trội như tính dẫn điện mạnh mẽ, độ bền cơ học và tính linh hoạt cao.

De Heer cho biết: “Đó là một vật liệu cực kỳ chắc chắn, có thể chịu được dòng điện rất lớn và hoạt động ở trạng thái này mà không bị nổ hoặc vỡ vì nhiệt độ cao”.

Chất bán dẫn, rất quan trọng đối với khả năng truyền dẫn điện tử trong các điều kiện cụ thể, có vai trò then chốt trong thiết bị điện tử hiện đại. Các nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 3 tháng 1.

Nghiên cứu đột phá này mang lại nhiều hứa hẹn cho ngành công nghiệp điện tử, đặc biệt là khi vật liệu silicon thường được sử dụng đang đạt đến giới hạn của nó trong bối cảnh nhu cầu xử lý nhanh hơn và các thiết bị nhỏ hơn ngày càng tăng.

Chất bán dẫn graphene của Georgia Tech có khả năng đóng vai trò thay thế khả thi cho silicon trong tương lai gần (xem thêm). Chất bán dẫn, tương thích với các phương pháp xử lý vi điện tử thông thường, mang lại khả năng di động gấp mười lần so với silicon và có các đặc tính độc đáo.

De Heer nhấn mạnh: “Hiện nay chúng tôi có một chất bán dẫn graphene cực kỳ bền với khả năng linh động gấp 10 lần silicon và nó cũng có những đặc tính độc đáo mà silicon không có”.

Hành trình phát triển vật liệu bán dẫn

De Heer và nhóm của ông đã đạt được bước đột phá và tiên phong trong phương pháp này bằng cách phát triển graphene trên các tấm silicon cacbua sử dụng lò nung chuyên dụng. Quá trình này tạo ra graphene epiticular—một lớp duy nhất bám dính vào mặt tinh thể của cacbua silic—cho thấy các đặc tính bán dẫn sau khi được thử nghiệm rộng rãi.

Để đánh giá khả năng dẫn điện của vật liệu, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật doping. Các thí nghiệm của họ tiết lộ rằng chất bán dẫn graphene mới có khả năng linh động gấp 10 lần so với silicon.

Vượt qua thách thức về band gap

Tuy nhiên, để đạt được cột mốc này rất gian khổ; nhóm đã gặp phải một trở ngại đáng kể trong nghiên cứu graphene—chưa đạt được "band gap”. Tính năng điện tử quan trọng này rất cần thiết để chất bán dẫn bật và tắt một cách hiệu quả, cơ bản đối với hiệu suất điện tử.

Lei Ma, giám đốc Trung tâm Quốc tế về Hạt nano và Hệ thống nano tại Đại học Thiên Tân, Trung Quốc, giải thích: “Trong nhiều năm, graphene gặp vấn đề về band gap và không thể bật tắt theo tỷ lệ chính xác”.

Lei Ma, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết thêm: “Công nghệ của chúng tôi đạt được band gap phù hợp và là một bước quan trọng trong việc hiện thực hóa các thiết bị điện tử dựa trên graphene”.

Thành tựu này đánh dấu một sự thay đổi mạnh mẽ trong lĩnh vực điện tử, mở ra một kỷ nguyên mới của các công nghệ tận dụng những khả năng đặc biệt của graphene.

521 lượt xem

Bài viết liên quan

Bài viết cùng tác giả