Phát triển thành công chất bán dẫn graphene, chip xử lý có thể chạy ở xung nhịp terahertz

Sau 10 năm ròng rã nghiên cứu, các nhà khoa học tại Viện công nghệ Georgia, bang Atlanta, Mỹ đã tạo ra được chất bán dẫn nền graphene đầu tiên vận hành như ý muốn. Loại vật liệu từng được coi là giải pháp của tương lai này giờ trở thành một trong số những chất liệu tiềm năng thay thế cho silic nguyên chất trong ngành chip bán dẫn, từ đó vừa giúp tăng tốc quá trình nghiên cứu máy tính lượng tử, vừa giúp định luật Moore tiếp tục tồn tại và trở thành kim chỉ nam cho cả ngành bán dẫn.

Một loại vật liệu khác cũng tiềm năng không kém chính là kim cương nhân tạo:

Nhật Bản: Nghiên cứu cách làm wafer chip bán dẫn từ kim cương, thay thế cho silicon

Đó là nghiên cứu mới của các nhà khoa học thuộc đại học Chiba, Nhật Bản, chủ biên cuộc nghiên cứu là giáo sư Hirofumi Hidai. Họ đang muốn thử nghiệm việc tạo ra cách để cắt kim cương một cách dễ dàng mà không gây nứt vỡ…

tinhte.vn

Cuộc nghiên cứu của các nhà khoa học Mỹ tập trung vào việc tạo ra vật liệu epitaxial graphene với những đặc tính bán dẫn, viết tắt là SEC, hay còn được gọi bằng cái tên epigraphene từ Silicon Carbide. Ý tưởng được đưa ra là, electron chạy qua loại vật liệu bán dẫn này ở tốc độ cao hơn rất nhiều so với những transistor nền silic nguyên chất. Theo giáo sư vật lý Walt de Heer, transistor nền SEC cho phép electron di chuyển nhanh gấp 10 lần so với transistor trên những chip xử lý phổ biến hiện nay.

Để tạo ra vật liệu epigraphene, các nhà khoa học dùng tới quy trình đã được sử dụng trong hơn 50 năm qua để tạo ra graphene, một hình thái phẳng dạng lưới tổ ong của carbon, vốn nổi tiếng vì nhiều tính chất, trọng lượng siêu nhẹ, độ cứng cao hơn thép nhiều lần, nhưng lại rất dễ tạo hình, dẫn điện dẫn nhiệt tốt mà lại có tính chất trong suốt…

Đầu tiên, hai miếng silicon carbide (SiC) sẽ được đặt chồng lên nhau bên trong nồi nấu bằng than chì, bên trong ống thạch anh argon bọc cuộn dây đồng. Dòng điện tần số cao được đưa qua cuộn dây đồng, làm nóng nồi than chỉ nhờ cảm ứng điện từ, để đạt nhiệt độ 1000 độ C trong vòng 1 giờ đồng hồ. Lúc này, khi silic hóa hơi và bay khỏi bề mặt miếng silicon carbide, nó được thế chỗ bởi carbon, tạo ra một lớp graphene đơn dưới dạng 2 chiều, bề dày chỉ 1 nguyên tử carbon.

Vì tấm wafer graphene được tạo ra trong quá trình này là chất trung hòa điện tích, nên sau khi lấy ra khỏi lò đun, ngay lập tức nó bị pha tạp oxy. Các nhà khoa học phải giải quyết tình trạng này bằng cách nung wafer graphene lên nhiệt độ 200 độ C trong môi trường chân không. Và thế là chúng ta có epigraphene tạo ra từ chất nền silicon carbide.



Theo giáo sư de Heer, quy trình sản xuất này tương đối rẻ về chi phí. Chia sẻ với tạp chí IEEE Spectrum, giáo sư cho biết "miếng SiC chúng tôi dùng có giá chừng 10 USD, nồi nấu than chì chỉ có 1 USD, và ống thạch anh cũng chỉ có giá 10 USD."

Các nhà khoa học từ năm 2008 đã có ý tưởng tạo ra chất bán dẫn graphene bằng cách nung SiC trong môi trường chân không. Tuy nhiên trước đó thành quả nghiên cứu không có khoảng cách khe vùng (bandgap) cố định và đo đếm được, tức là không biết lúc nào chất bán dẫn có thể dẫn điện, lúc nào thì không. Hệ quả là transistor graphene khi ấy không thể bật tắt như ý muốn được. Giải pháp của giáo sư de Heer và các đồng sự đã giải quyết được tình trạng ấy.

Trước đây cũng từng có những nghiên cứu giải quyết tình trạng graphene tạo ra không có khe vùng cố định, ví dụ như thay đổi lớp đế substrate của wafer bán dẫn bằng những hình thái graphene khác, ví dụ dạng ống nano. Nhưng vì kích thước quá mỏng nên những giải pháp như thế này không được coi là thành công, vì cần sự chính xác rất cao khi đặt lớp wafer lên lớp đế.

Một giải pháp khác để tạo ra khe vùng giúp biến graphene thành chất bán dẫn là làm biến dạng lớp graphene. Tuy nhiên giải pháp này chỉ tạo ra khe vùng 0.2 eV, quá nhỏ để tạo ra được sản phẩm thực tế. Để so sánh thì chip xử lý silicon có khe vùng 1.12 eV. Graphene viện khoa học Georgia tạo ra có khe vùng 0.6 eV, đủ để xử lý logic, nhưng con chip tạo ra sẽ vận hành ở nhiệt độ thấp hơn.

Quảng cáo

Giáo sư de Heer cho biết: "Nghiên cứu của chúng tôi khác biệt so với những cách tiếp cận vấn đề khác, vì chúng tôi đã tạo ra được những miếng wafer graphene lớn không lẫn tạp chất dựa vào chất liệu SiC nguyên chất và bề mặt siêu phẳng. SiC hiện giờ đã là vật liệu sẵn có trong ngành điện tử, độ phát triển và hoàn thiện cao, hoàn toàn tương thích với những giải pháp xử lý vi điện tử thông thường hiện nay."

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, đồng nghĩa với việc chip bán dẫn có thể vận hành ở xung nhịp tính bằng terahertz, chứ không phải gigahertz như hiện nay nữa. Tuy nhiên, để biến vật liệu này trở thành sản phẩm, ví dụ những chip xử lý máy tính lượng tử, thì vẫn còn quãng đường rất dài để các tập đoàn và các nhà nghiên cứu tìm ra cách ứng dụng thực tế. Bản thân giáo sư de Heer cũng thừa nhận, cần có những nghiên cứu cụ thể để xác định xem liệu graphene có thay thế được những chất siêu bán dẫn dùng trong máy tính lượng tử hiện tại hay không.

Còn với chip xử lý truyền thống, thì đảm bảo loại vật liệu graphene này tốt hơn nhiều so với silic, trở kháng thấp hơn rất nhiều, dẫn tới việc chip vận hành ở xung nhịp khỏe hơn, nhiệt độ chip thấp hơn. Nhưng để làm được điều này, thì quy trình gia công bán dẫn hiện tại, vốn phụ thuộc vào công nghệ quang khắc thạch bản tấm wafer silicon nguyên chất, sẽ phải thay đổi hoàn toàn.

Giáo sư de Heer nói như thế này: "Tôi nghĩ có thể so sánh thành quả này với việc anh em nhà Wright bay được 100 mét đầu tiên. Thành công hay không phụ thuộc vào việc bao nhiêu công sức được cả thế giới đổ vào để phát triển công nghệ."

Theo Techspot

Khóa học Machine Learning cơ bản- Khoa học dữ liệu - AI

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Khoá học Quản trị Chiến lược Dành cho Lãnh đạo Doanh nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Nơi hội tụ Tinh Hoa Tri Thức - Khơi nguồn Sáng tạo

Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com

Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

--- 

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên ZALO!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Hacker và Marketing từ A-Z trên Facebook!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa đào tạo Power BI phân tích báo cáo để bán hàng thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Bảo mật và tấn công Website - Hacker mũ trắng

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học ​

KHÓA HỌC LẬP TRÌNH PYTHON TỪ CƠ BẢN ĐẾN CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình Visual Foxpro 9 - Dành cho nhà quản lý và kế toán

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn về Moodle chuyên nghiệp và hay

Xây dựng hệ thống đào tạo trực tuyến chuyên nghiệp tốt nhất hiện nay.

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

KHÓA EXCEL CHUYÊN NGHIỆP

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học AutoIt dành cho dân IT và Marketing chuyên nghiệp

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khoá học Word từ cơ bản tới nâng cao, học nhanh, hiểu sâu

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học hướng dẫn sử dụng Powerpoint từ đơn giản đến phức tạp HIỆU QUẢ

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Thiết kế, quản lý dữ liệu dự án chuyên nghiệp cho doanh nghiệp bằng Bizagi

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng Power Query trong Excel

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Lập trình WEB bằng PHP từ cơ bản đến nâng cao

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng TableAU - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học Phân tích dữ liệu sử dụng SPSS - Chìa khóa thành công!

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học "Thiết kế bài giảng điện tử", Video, hoạt hình 

kiếm tiền Youtube bằng phần mềm Camtasia Studio

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

Khóa học HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ VIDEO CLIP CHO DÂN MARKETING CHUYÊN NGHIỆP

​​​​​

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ QUẢNG CÁO VÀ ĐỒ HỌA CHUYÊN NGHIỆP VỚI CANVA

Hãy tham gia khóa học để trở thành người chuyên nghiệp. Tuyệt HAY!😲👍

 KHÓA HỌC VIDEO- XÂY DỰNG PHẦN MỀM QUẢN LÝ BẰNG MICROSOFT ACCESS

GOOGLE SPREADSHEETS phê không tưởng

Khóa hoc lập trình bằng Python tại đây

Hãy tham gia khóa học để biết mọi thứ

Để tham gia tất cả các bài học, Bạn nhấn vào đây 

Khóa học lập trình cho bé MSWLogo

Nhấn vào đây để bắt đầu học

Khóa học Ba, Mẹ và Bé - Cùng bé lập trình  TUYỆT VỜI

Khóa học sử dụng Adobe Presenter-Tạo bài giảng điện tử

Khóa học vẽ tạo giao diện demo cho website

Để thành thạo Wordpress bạn hãy tham gia khóa học 

Tham gia khóa học tại đây

Khóa học sử dụng Edmodo để dạy và học hiện đại để thành công

Nhấn vào đây để bắt đầu khóa học

==***==

Bảo hiểm nhân thọ - Bảo vệ người trụ cột

Cập nhật công nghệ từ Youtube tại link: congnghe.hocviendaotao.com
Tham gia nhóm Facebook
Để tham gia khóa học công nghệ truy cập link: http://thuvien.hocviendaotao.com
Mọi hỗ trợ về công nghệ email: dinhanhtuan68@gmail.com

Nguồn: Tinh Tế

Share !