Các nhà khoa học Thuỵ Sĩ đã chế tạo được những microchip từ một vật liệu hoàn toàn mới thay thế cho silic truyền thống. Disunfua molipden MoS2 về nhiều thông số tỏ ra vượt trội hơn silic truyền thống và việc sử dụng nó trong các thiết bị điện tử cho phép tạo ra một thế hệ sản phẩm thu nhỏ và linh ho...
Các nhà khoa học Thuỵ Sĩ đã chế tạo được những microchip từ một vật liệu hoàn toàn mới thay thế cho silic truyền thống.
Disunfua molipden MoS2 về nhiều thông số tỏ ra vượt trội hơn silic truyền thống và việc sử dụng nó trong các thiết bị điện tử cho phép tạo ra một thế hệ sản phẩm thu nhỏ và linh hoạt hơn nhiều.
Nhóm các nhà khoa học Thuỵ Sĩ tại Trường ĐH Bách khoa Lausanne tuyên bố Phòng thí nghiệm điện tử học nano và cấu tạo nano của họ đã chế tạo ra được những sơ đồ điện tử tích hợp, trong đó thay vì các vật liệu silic truyền thống, họ đã dùng các hợp chất molipden.
Silic là vật liệu phổ biến dùng để sản xuất các linh kiện bán dẫn sẽ bị thay thế bởi molipden?
Theo họ, việc thử nghiệm những microchip đã cho thấy rằng molipden trong ngành điện tử học có khả năng vượt qua được những giới hạn vật lý của vật liệu silic ví dụ như kích thước, tiêu thụ năng lượng và độ dẻo cơ học.
Giám đốc Phòng thí nghiệm Andras Kis cho hay, vào đầu năm nay, phòng thí nghiệm của ông đã phát hiện ra rằng diunfua molipden MoS2, một loại khoáng khá phổ biến trong thiên nhiên có tên molipdenit, là một chất bán dẫn lý tưởng rất thích hợp để sản xuất các linh kiện bán dẫn (transitor). Về một số đặc trưng chúng vượt các linh kiện từ silic, thậm chí có nhưng thông số còn hơn cả vật liệu còn “xa lạ” là graphen.
Ông Kis tuyên bố ưu điểm của molipdenit là ở chỗ, các thiết bị điện tử dùng linh kiện sản xuất từ vật liệu này có khả năng thu nhỏ dễ dàng hơn so với linh kiện từ silic. Ví dụ nếu gia công silic thành lớp dưới 2 nanomet, nó bắt đầu bị oxi hoá và giảm chất lượng một cách rõ rệt. Trong khi đó những mạch tích hợp dùng molipden làm việc ổn định ngay cả khi độ dày chỉ là 3 nguyên tử nên có thể làm thành những chip nhỏ hơn nhiều. Những công tắc bằng transistor MoS2 đảo mạch nhanh hơn công tắc dùng transistor silic.Về tính chất cơ học, molipden là vật liệu rất hấp dẫn để sử dụng trong các thiết bị điện tử đòi hỏi phải dẻo, có thể uốn cong ví dụ để sản xuất các máy tính có thể cuộn lại thành môt chiếc ống hoặc làm những lớp phủ trực tiếp lên da người.
Tại Trường Đại học Bách khoa Lausanne, Thụy Sĩ, các nhà khoa học vừa chế tạo những microchip bằng vật liệu mới, mở ra khả năng thay thế silic truyền thống trong điện tử học. Vật liệu được lựa chọn là disunfua molipden, còn gọi là MoS2, một hợp chất của molipden được đánh giá nổi bật qua nhiều thông số quan trọng. Kết quả thử nghiệm cho thấy MoS2 có thể giúp thiết bị điện tử thu nhỏ hơn, tiêu thụ ít năng lượng hơn, đồng thời linh hoạt hơn về mặt cơ học.
Công trình được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Điện tử học nano và Cấu tạo nano thuộc Trường Đại học Bách khoa Lausanne. Thay vì sử dụng những vật liệu silic quen thuộc trong các sơ đồ điện tử tích hợp, nhóm nghiên cứu đã chế tạo linh kiện bằng các hợp chất molipden. Thành tựu này đặt ra câu hỏi đáng chú ý về tương lai của silic, vật liệu phổ biến lâu nay trong sản xuất linh kiện bán dẫn.
Theo nhóm nghiên cứu, những microchip thử nghiệm chứng minh molipden có khả năng vượt qua một số giới hạn vật lý vốn gây khó khăn cho silic. Các giới hạn ấy liên quan trực tiếp đến kích thước linh kiện, mức tiêu thụ năng lượng, tốc độ chuyển mạch và khả năng chịu biến dạng cơ học. Tuy nhiên, kết quả hiện tại mới cho thấy tiềm năng công nghệ, chưa đồng nghĩa silic lập tức biến mất khỏi ngành điện tử.
Giám đốc phòng thí nghiệm, ông Andras Kis, cho biết đầu năm nay nhóm của ông đã phát hiện diunfua molipden MoS2 là chất bán dẫn lý tưởng cho việc chế tạo transistor. Khoáng chất này khá phổ biến trong tự nhiên, tồn tại dưới tên molipdenit, nên không phải một vật liệu hoàn toàn xa lạ về nguồn gốc. Khi được sử dụng trong linh kiện điện tử, MoS2 thể hiện một số đặc trưng vượt trội so với silic, thậm chí có thông số cạnh tranh với graphen.
Một ưu điểm quan trọng của molipdenit nằm ở khả năng thu nhỏ linh kiện dễ dàng hơn so với linh kiện chế tạo từ silic. Khi lớp silic bị gia công xuống dưới độ dày 2 nanomet, vật liệu bắt đầu bị oxi hóa, khiến chất lượng suy giảm rõ rệt. Trái lại, các mạch tích hợp dùng molipden vẫn hoạt động ổn định dù lớp vật liệu chỉ dày tương đương ba nguyên tử.
Khả năng duy trì hoạt động ở kích thước cực mỏng giúp MoS2 trở thành ứng viên đáng chú ý cho những chip nhỏ hơn nhiều trong tương lai. Các nhà nghiên cứu còn ghi nhận công tắc transistor làm từ MoS2 có thể đảo mạch nhanh hơn công tắc sử dụng transistor silic. Tốc độ này, cùng khả năng thu nhỏ, có thể hỗ trợ các thiết bị điện tử cần hiệu năng cao nhưng vẫn hạn chế kích thước và năng lượng tiêu thụ.
Không chỉ nổi bật ở đặc tính điện, molipden còn hấp dẫn nhờ tính chất cơ học phù hợp với những thiết bị cần độ dẻo. Linh kiện từ vật liệu này có thể được hướng tới các sản phẩm uốn cong, chẳng hạn máy tính có khả năng cuộn lại thành một chiếc ống. Một hướng ứng dụng khác là tạo những lớp điện tử phủ trực tiếp lên da người, điều khó thực hiện với các linh kiện cứng và kém linh hoạt.
Nếu được phát triển thành công, công nghệ MoS2 có thể mở rộng cách con người thiết kế các thiết bị điện tử trong tương lai. Những sản phẩm nhỏ hơn, mỏng hơn, tiết kiệm năng lượng hơn và có thể uốn cong sẽ trở nên khả thi về mặt vật liệu. Dù vậy, câu hỏi “vĩnh biệt silic” vẫn cần được nhìn nhận thận trọng, bởi bài viết mới ghi nhận thành công thử nghiệm và tiềm năng của molipden, chưa công bố việc thay thế hoàn toàn silic trên quy mô sản xuất.
