Những vật liệu nào có thể thay thế silicon trong ngành bán dẫn?

Trong tự nhiên, nếu cơ thể của mọi sinh vật đều được xây dựng từ chất hữu cơ với cacbon là nguyên tố chủ chốt thì máy tính cũng có một chất là nền móng của chúng: silicon. Nguyên tố á kim này luôn là trái tim của mọi tiến bộ công nghệ trong hơn 50 năm qua, từ những cỗ máy lớn bằng cả căn phòng ngày xưa cho đến smartphone hiện nay. Nhưng khi các bóng bán dẫn trong chip ngày càng nhỏ đi thì chất này cũng bộc lộ nhiều hạn chế và đây là lúc người ta bắt đầu tìm đến các vật liệu mới.

Silicon đã chiếm lĩnh ngành bán dẫn hàng chục năm nay

Trái Đất là hành tinh đất đá nên không lạ gì khi nó có rất nhiều silicon, chủ yếu nằm trong cát. Sự phổ biến này khiến giá mua nguyên liệu thô để làm chip rất rẻ. Ngoài chi phí thì lợi thế giúp silicon trở thành "vua" của ngành bán dẫn là vì nó có khả năng tạo một lớp oxit tự nhiên (SiO₂) siêu ổn định khi tiếp xúc với khí oxy. Lớp oxit này chính là chất cách điện hoàn hảo, bởi đó mà người ta mới có thể làm ra các cực điều khiển (gate) của bóng bán dẫn một cách chính xác.

Từ thập niên 1960 trở đi thì ngành chip đã thu nhỏ kích thước bóng bán dẫn silicon cứ sau mỗi hai năm theo Định luật Moore, nhưng khi thu về dưới 32 nanomét (nm) thì tốc độ này dần chững lại. Khi còn 3 nm hoặc nhỏ hơn, bề mặt lớp silicon trở nên "gồ ghề" và làm loạn dòng chảy của các electron gây rò rỉ điện.

Sự nổi lên của vật liệu 2D

Đây là lúc vật liệu 2D xuất hiện, loại vật liệu này có độ dày chỉ từ một đến vài nguyên tử chứ không phải mạng lưới lập phương "dày" giống silicon. Người ta gọi là 2D vì nó mỏng không khác gì hình vẽ 2D trên giấy với độ dày (chiều thứ ba) không đáng kể. Độ mỏng đó "buộc" các electron phải đi đứng ngay hàng thẳng lối trên một mặt phẳng thay vì chạy loạn theo nhiều hướng như trên silicon. Nhờ vậy mà các cực điều khiển trên bóng bán dẫn có thể kiểm soát dòng điện tốt hơn, giu1p ngắt/mở dòng điện dứt khoát và hạn chế chuyện rò rỉ điện.

Trong đó chất molybden disulfua (MoS₂) đang được coi là ứng viên sáng giá. Đây là một chất rắn màu xám đen, trong tự nhiên thì nó tồn tại dưới dạng khoáng vật molybdenite có nhiều ở các mỏ quặng tại Bắc Mỹ và Mêxicô.


Bột Molybden disulfua

Vật liệu MoS₂: ngôi sao mới của thế giới chip

Cấu trúc của MoS₂ nhìn giống như bánh sandwich, gồm một lớp nguyên tử molybden nằm giữa hai lớp nguyên tử lưu huỳnh (S) với độ mỏng chỉ khoảng 0,65 nm. Dòng electron hoặc là chỉ có thể đi ở lớp có nguyên tử molybden ở giữa hoặc là không có electron nào đi trong đó cả. Do vậy mà nó có thể dễ dàng chuyển đổi giữa trạng thái "dẫn điện" và "cách điện", cho phép người ta làm ra các bóng bán dẫn siêu nhỏ mà vẫn đạt hiệu suất năng lượng cao. Năm 2023 một nhóm nghiên cứu từ Đại học Bắc Kinh đã trình diễn sản xuất được nhiều tấm wafer MoS₂ có đường kính từ 5 – 30,5 cm.

Ống nano carbon

Bên cạnh MoS₂, còn một loại vật liệu khác cũng tiềm năng là ống nano carbon. Chúng là các tấm graphene (than chì nhưng chỉ có một lớp nguyên tử cacbon duy nhất) được cuộn lại thành những ống cực nhỏ. Các electron có thể di chuyển trên đó cực nhanh và tản nhiệt tốt, giúp nó truyền tải điện nhanh hơn silicon.

Quảng cáo

Thách thức ở đây là làm sao để sắp xếp hàng tỷ ống nano thẳng hàng hoàn hảo trên một diện tích nhỏ. Dù khó nhưng vẫn khả thi bởi các kỹ sư tại MIT đã từng chế tạo thành công một bộ vi xử lý 16-bit hoàn chỉnh từ ống nano cacbon hồi năm 2019.

Chất indium selenua (InSe) cũng là một vật liệu hứa hẹn khác, nhưng nó hơi khó kiếm và có ít nhất 5 trạng thái tinh thể khác nhau, mà lại chỉ có một vài trạng thái là phù hợp để làm chip.


Ống nano cacbon

Năm ngoái các nhà khoa học ở Đại học Phúc Đán (Thượng Hải) cũng đã tạo ra con chip lai đầu tiên trên thế giới kết hợp thành công giữa vật liệu 2D với mạch silicon trên cùng một tấm wafer. Dù sao thì silicon vẫn sẽ là vật liệu nền của chip máy tính trong nhiều năm nữa, nhưng sự hiệu quả của các con chip tương lai hẳn là sẽ thuộc về những vật liệu 2D như MoS₂.

TechXplore, RefractoryMetal, Gizmodo.

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 !