"Transistor thoát khí" có thể kéo dài định luật Moore thêm 20 năm nữa, hiệu quả hơn 10.000 lần chất bán dẫn hiện tại

Ta có định luật Moore: "Số lượng transistor trên mỗi đơn vị inch vuông (tương đương 6,45 cm²) sẽ tăng lên gấp đôi sau mỗi năm". Đó chính là kim chỉ nam cho ngành sản xuất điện tử, cho phép ta có thể sản xuất ra đồ càng ngày càng tinh vi, giá thành lại rẻ đi nhiều trước đây. Thế nhưng, các nhà khoa học lo ngại khi transistor nhỏ tới giới hạn cùng cực, định luật Moore không còn đúng nữa, ngành sản xuất linh kiện điện tử sẽ khựng lại tại giới hạn cao nhất. Dự kiến thời điểm đó sẽ là năm 2025.

Gordon Moore, cha đẻ của định luật Moore.

Ta vẫn đi tìm kiếm làn gió mới thổi vào định luật Moore, và các nhà khoa học tại Đại học RMIT Úc nghĩ rằng họ vừa thành công. Họ sản xuất được một transistor thoát khí (ACT) dựa trên yếu tố kim loại, có thể kéo dài giới hạn Moore thêm khoảng 2 thập kỷ nữa.

Thiết bị ACT sẽ loại bỏ hoàn toàn chất bán dẫn. Thay vào đó, nó dùng hai điện cực kim loại đặt cách nhau 35 nanomet, một cánh cổng kim loại để điều chỉnh luồng ra và vào. Khoảng cách giữa hai điện cực kim loại là vừa đủ để các electron có thể dễ dàng qua lại trong nhiệt độ phòng và không bị phân tán khắp nơi.

"Không như các transistor thông thường có trong đồ điện tử, thiết bị của chúng tôi cho khả năng tạo được mạng lưới transistor 3 chiều", tác giả nghiên cứu, bà Shruti Nirantar viết trong báo cáo khoa học mới được đăng tải tại Nano Letters. "Điều này có nghĩa ta có thể dừng việc làm cho transistor càng nhỏ càng tốt, tập trung được vào tạo nên cấu trúc 3D, cho thêm nhiều transistor hơn trong mỗi đơn vị diện tích".

Sử dụng kim loại và không khí thay thế chất bán dẫn đem lại nhiều lợi thế khác nữa. Số lượng bước phải xử lý ít hơn, cho phép bỏ qua bức xử lý nhiệt, oxy hóa, … Điều đó sẽ khiến cho giá thành sản xuất giảm xuống.

Hơn nữa, thay thế silicon bằng kim loại đồng nghĩa với việc các thiết bị ACT sẽ có thể được đặt lên bất kì bề mặt điện môi nào, cho phép dòng điện chảy hiệu quả hơn. "Thiết bị có thể được đặt trên kính siêu mỏng, nhựa và các bề mặt đàn hồi", giáo sư Nirantar nói. "Vậy nên có thể lắp nó trong các công nghệ dẻo và uốn cong được".

Một trong những ứng dụng khác là ACT có thể được dùng trong môi trường phóng xạ cao hoặc trong vũ trụ, bởi lẽ dòng chảy electron giữa các điện cực cũng rất hiệu quả trong môi trường chân không.

Thời điểm hiện tại, bản báo cáo trên là bằng chứng cho thấy thiết bị hoạt động được, bước tiếp theo sẽ là tăng tính ổn định, làm cho nó hiệu quả hơn. Trên lý thuyết, tốc độ của ACT có thể nhanh hơn tốc độ thiết bị sử dụng chất bán dẫn khoảng 10.000 lần. Cần thêm các nghiên cứu để biết rõ được giới hạn của ACT, dựa vào đó ta sẽ có những đột phá mới.