Khi quy trình sản xuất chip silicon truyền thống đang tiến gần đến giới hạn, các nhà khoa học đang tích cực tìm kiếm các vật liệu mới để duy trì xu hướng phát triển của Định luật Moore.
Trong số đó, các hợp chất dichalcogenide của kim loại chuyển tiếp (Transition Metal Dichalcogenides, TMD) đã trở thành vật liệu ứng cử viên được chú ý đặc biệt.
Một nghiên cứu gần đây của nhóm nghiên cứu tại Phòng Thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL) thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã đi sâu vào phân tích tác động của cấu trúc nguyên tử và các khuyết tật bên trong của TMD đối với tính chất điện của nó, tạo nền tảng cho việc phát triển thế hệ chip hiệu suất cao mới.
Mục lục
Từ chip silic đến TMD: Sự phát triển của công nghệ bán dẫn
Chip silicon truyền thống đã hỗ trợ công nghệ tính toán trong hơn nửa thế kỷ. Tuy nhiên, kích thước đặc trưng nhỏ nhất của chip thương mại hiện nay đã thu nhỏ xuống 3 nanomet, gần đạt đến giới hạn vật lý. Với nhu cầu ngày càng tăng về tính toán hiệu suất cao, các nhà khoa học đang chuyển hướng sang vật liệu hai chiều, hy vọng vượt qua các giới hạn công nghệ hiện tại.
TMD là một loại vật liệu hai chiều, chỉ bao gồm một vài lớp nguyên tử, với độ dày có thể mỏng đến chỉ ba nguyên tử. (Bạn có thể hình dung nó như một chiếc bánh sandwich kim loại nhỏ.)
TMD thể hiện các đặc tính vật lý, hóa học và điện tử khác biệt so với vật liệu silic truyền thống. So với graphene – vật liệu hai chiều nổi tiếng nhất, TMD được cấu tạo từ các nguyên tố kim loại chuyển tiếp (như molybdenum Mo, tungsten W, v.v.) thuộc nhóm 3 đến 12 của bảng tuần hoàn và các nguyên tố lưu huỳnh (như lưu huỳnh S, selen Se, tellurium Te). Cấu trúc lớp đặc biệt của TMD mang lại cho nó các tính chất điện tử và quang học ưu việt, khiến nó trở thành đối tượng nghiên cứu hot trong lĩnh vực bán dẫn.
Nghiên cứu phát hiện: Khuyết tật bên trong TMD và tính chất điện
Cấu trúc tinh thể của MD không hoàn hảo, và các khuyết tật trong đó có thể ảnh hưởng hoặc thậm chí tăng cường tính chất điện tử của nó. Ví dụ, có thể thiếu một nguyên tử trong mạng tinh thể nguyên tử, hoặc có thêm nguyên tử ở vị trí không mong đợi. Mặc dù các khuyết tật này có thể ảnh hưởng đến tính dẫn điện của vật liệu, nhưng một số khuyết tật cụ thể lại có thể nâng cao tính chất bán dẫn của TMD.
Nhóm nghiên cứu của nhà vật lý học Shoaib Khalid thuộc PPPL đã phát hiện ra rằng bên trong các khối TMD thường có các electron dư thừa, và những electron này có thể được gây ra bởi khí hydro.
Nhóm nghiên cứu đã xác định các khuyết tật có khả năng xuất hiện cao nhất bằng cách tính toán năng lượng hình thành của các loại khuyết tật khác nhau, đồng thời phân tích cách các khuyết tật này ảnh hưởng đến đặc tính truyền dẫn điện tích của vật liệu.
Kết quả cho thấy, các khuyết tật liên quan đến hydro có thể khiến TMD thể hiện tính chất bán dẫn loại n (có điện tích âm), trong khi các vị trí trống của các nguyên tố thuộc nhóm lưu huỳnh có thể làm thay đổi các tính chất quang học và điện tử của vật liệu.
TMD trong ứng dụng sản xuất chip trong tương lai
Các nhà nghiên cứu đề xuất sử dụng công nghệ “phát quang quang học” để phân tích các khuyết tật bên trong TMD, từ đó đo tần số ánh sáng phát ra từ vật liệu để suy ra sự thay đổi cấu trúc nguyên tử.
Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn thực nghiệm cho các ứng dụng TMD trong tương lai, đặc biệt là trong việc phát triển thế hệ chip máy tính mới, giúp các kỹ sư thiết kế các linh kiện bán dẫn TMD phù hợp với yêu cầu ứng dụng.
Với sự tiến bộ của công nghệ, các chuyên gia dự đoán chip TMD có thể được ứng dụng thực tế trong các thiết bị điện tử sớm nhất vào năm 2030, trở thành một giải pháp thay thế mạnh mẽ cho chip silic. Thông qua việc nghiên cứu sâu rộng về cấu trúc vật liệu và ảnh hưởng của các khuyết tật, các nhà khoa học sẽ có thể tối ưu hóa hiệu suất của TMD, từ đó thúc đẩy sự phát triển của công nghệ bán dẫn.
Tài liệu tham khảo
- Beyond Silicon: How Atom-Thin Materials Are Revolutionizing Chips
- Thay thế silicon bằng vật liệu TMD để phát triển thế hệ tiếp theo của các chip bán dẫn nhỏ hơn và hiệu quả hơn.
- “Vai trò của các vị trí trống của các nguyên tố lưu huỳnh và hydro trong các tính chất quang học và điện học của các hợp chất disulfide kim loại chuyển tiếp dạng khối”, tác giả：Shoaib Khalid、Anderson Janotti 和 Bharat Medasani，Ngày 24 tháng 5 năm 2024，Vật liệu 2D。 DOI: 10.1088/2053-1583/ad4720
（首圖來源：普林斯頓電漿物理實驗室)
Về mài mòn: Chúng tôi cung cấp các điều chỉnh tùy chỉnh để điều chỉnh tỷ lệ theo nhu cầu gia công, nhằm đạt hiệu quả tối đa.
Hãy liên hệ với chúng tôi, sẽ có chuyên gia hỗ trợ giải đáp cho bạn.
Nếu cần báo giá tùy chỉnh, hãy liên hệ với chúng tôi.
Thời gian hỗ trợ khách hàng: Thứ Hai đến Thứ Sáu, từ 09:00 đến 18:00.
phone：07 223 1058
Nếu có chủ đề muốn tìm hiểu hoặc không thể nói rõ qua điện thoại, hãy nhắn tin trực tiếp qua Facebook nhé~~
honway fb：https://www.facebook.com/honwaygroup
Các bài viết mà bạn có thể quan tâm…
[wpb-random-posts]
