Chế tạo thành công transistor nhỏ nhất trong lịch sử, dài chỉ 1 nanomét, bảo toàn định luật Moore

Các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra linh kiện bán dẫn transistor bé nhất lịch sử, với một cổng chỉ dài 1 nanomét. Cho việc dễ so sánh, thì sợi tóc của con người rộng khoảng 80.000 tới 100.000 nano mét.

Không như các transistor thông thường, mẫu mới này của các nhà nghiên cứu được chế tạo từ silicon và với kích cỡ siêu nhỏ như vậy, điều đó đồng nghĩa với việc ta có thể tăng cường hiệu suất của mạch điện bằng cách tăng số lượng những thành phần khác.

Bên cạnh đó, định luật Moore cũng sẽ được bảo toàn nhờ transistor mới này.

Định luật trên được đặt theo tên của nhà đồng sáng lập Intel, ông Gordon Moore. Định luật nêu lên rằng số lượng transistor trong một mạch điện kết hợp sẽ nhân đôi lên với tốc độ xấp xỉ 2 năm một lần. Định luật này đảm bảo cho bộ xử lý của máy tính sẽ ngày càng phức tạo và mạnh mẽ hơn.

Đáng buồn rằng transistor đã bé tới hết mức có thể và ta đã hết cách khiến cho chúng nhỏ hơn. Nhưng giờ đây, nhờ công trình nghiên cứu của các nhà khoa học tại Đại học California, chúng ta đã vượt qua giới hạn 5 nano mét, đã từng được cho là giới hạn mức độ nhỏ nhất của transistor.

“Chúng tôi đã tạo ra được transistor nhỏ nhất cho tới thời điểm này”, theo lời trưởng ban nghiên cứu, Ali Javey từ Phòng thí nghiệm Khoa học Vật liệu Berkeley. “Chúng tôi đã tạo ra được transistor chỉ bằng 1 nano mét. Điều đó chwgns tỏ rằng với việc chọn nguyên vật liệu hợp lý, chúng ta vẫn còn có thể giảm thiểu kích cỡ của thiết bị điện tử xuống nữa”.

Để làm được điều đó, đội ngũ nghiên cứu đã sử dụng những ống nano carbon với một vật liệu là hợp chất hóa học molybdenum-disulfide (MoS₂).

Một lớp MoS2.

Trong những transistor hiện tại, silicon là vật liệu lý tưởng, bởi lượng electron di chuyển trong mạch điện sẽ không bị cản trở nhiều khi sử dụng nó.

Với chất liệu MoS₂, mặc dù electron gặp trở ngại lớn hơn trong việc di chuyển nhưng đó lại là một điều tốt, bởi lẽ khi thiết bị bán dẫn trở nên cực kì nhỏ, sự trở ngại đó sẽ kiểm soát được hành vi của electron.

Một trong những lý do mà mức 5 nano mét được coi là giới hạn của transistor là bởi chính vật liệu tạo ra chúng. Khi bán dẫn silicon xuống dưới giới hạn đó, một hiện tượng có tên đường hầm lượng tử sẽ diễn ra, các electron sẽ nhảy thẳng từ transistor này sang transistor khác, làm tín hiệu trở nên rối loạn.

Nhưng với MoS₂ thay thế silicon, ta có một lớp ngăn electron không chạy lung tung khi transistor trở nên quá nhỏ bé và từ đó, ta có thể lại điều khiển được tín hiệu.

Những nhà khoa học tại Đại học California, những người đứng sau thành công này.

Trong thử nghiệm với bản mẫu, các nhà nghiên cứu kết hợp MoS₂với ống nano carbon rộng 1 nano mét và két quả cho thấy rằng đường đi của electron đã được kiểm soát hoàn toàn, không còn gây ra hiện tượng loạn mạch.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học California đã làm được điều mà từ trước tới giờ không ai nghĩ ra rằng chúng sẽ khả thi.

“Trong ngành công nghiệp bán dẫn, chúng ta đã giả định rằng không thể xuống tới giới hạn dưới 5 nano mét được, vì vậy chưa bao giờ chúng ta tiến hành nghiên cứu dưới giới hạn đó cả”, nhà nghiên cứu Sujay Desai thuộc đội ngũ nghiên cứu nói.

“Nghiên cứu này đã chứng mihn được rằng mốc dưới 5 nano mét hoàn toàn khả thi và với việc chuyển đổi từ silicon sang MoS₂, chúng ta có thể tạo ra những transistor tí hon và tăng hiệu suất của linh kiện điện tử”.

Dù thành công trong thí nghiệm này, đội ngũ vẫn hoàn toàn biết rằng chặng đường thay thế transistor trong máy tính và điện thoại vẫn còn dài. Giờ đây ta đã biết được việc đó hoàn toàn khả thi, ta cần tìm ra được cách sản xuất chúng với số lượng lớn và tìm cách đẩy giới hạn của công nghệ hiện tại.

Nhưng đây chắc chắn vẫn là tin vui, bởi lẽ hiệu suất của đồ điện tử vẫn chưa dừng lại ở đây, chúng vẫn còn có thể tiến xa hơn nữa. Và định luật Moore được đưa ra nhiều năm về trước vẫn sẽ còn giá trị với bước đột phá này.

Tham khảo ScienceAlert