Các nhà nghiên cứu tại trường đại học bang Oregon vừa giải được một câu đố trong ngành khoa học vật liệu cơ bản đã làm lao tâm khổ lực các nhà khoa học kể từ thập niên 1960, và có thể hình thành cơ sở cho một phương pháp mới tiếp cận điện tử học.
Ảnh chụp một diode MIM bất đối xứng phản ánh một tiến bộ quan trọng trong ngành khoa học vật liệu có thể dẫn tới các sản phẩm điện tử tốc độ cao hơn và giá thành thấp hơn. (Ảnh: Đại học bang Oregon)
Khám phá trên, mới công bố trực tuyến trên tạp chí chuyên nghiệp Advanced Materials (Các vật liệu tiên tiến), lần đầu tiên trình bày việc chế tạo một diode “kim loại-chất cách điện-kim loại” hiệu suất cao.
“Các nhà nghiên cứu đã cố gắng làm công việc này trong hàng thập kỉ qua, cho đến nay vẫn mãi không thành công”, theo lời Douglas Keszler, một vị giáo sư hóa học danh tiếng tại trường đại học Oregon và là một trong các nhà nghiên cứu khoa học vật liệu hàng đầu của nước Mĩ. “Các diod chế tạo với các phương pháp khác trước đây luôn có hiệu suất thấp và chất lượng không cao”.
“Đây là một sự thay đổi căn bản ở phương thức bạn có thể tạo ra các sản phẩm điện tử, ở tốc độ cao, ở quy mô lớn, với chi phí rất thấp, thậm chí thấp hơn cả các phương pháp truyền thống”, Keszler nói. “Đó là một cách cơ bản để loại trừ các hạn chế tốc độ hiện nay của các electron phải chuyển động trong các vật liệu”.
Các viên chức ở trường đại học Oregon cho biết, một bằng sáng chế đã được cấp cho công nghệ mới trên. Các công ti, các cơ sở công nghiệp mới và công ăn việc làm công nghệ cao cuối cùng có thể ra đời từ sự tiến bộ này.
Các dụng cụ điện tử chế tạo với các chất liệu gốc silicon hoạt động với các transistor giúp điều khiển dòng electron. Mặc dù hoạt động nhanh và so ra không đắt, nhưng phương pháp này vẫn bị hạn chế bởi tốc độ mà các electron có thể di chuyển trong những chất liệu này. Và với sự xuất hiện của các máy vi tính ngày một nhanh hơn và các sản phẩm ngày một phức tạp hươn như các màn hiển thị tinh thể lỏng, các công nghệ hiện nay đang tiến gần đến giới hạn của cái chúng có thể làm, các chuyên gia cho biết như vậy.
Trái lại, một diode kim loại-chất cách điện-diode, hay diode MIM, có thể dùng để thực hiện một số chức năng giống như vậy, nhưng theo một cách thức khác về căn bản. Trong hệ này, dụng cụ giống như một bánh sandwich, với chất cách điện ở giữa và hai lớp kim loại ở phía trên và phía dưới nó. Để hoạt động, electron không di chuyển quá nhiều qua các chất liệu khi nó “chui hầm” qua chất cách điện – hầu như xuất hiện tức thời ở phía bên kia.
“Khi lần đầu tiên họ bắt tay vào phát triển các chất liệu phức tạp hơn cho ngành công nghiệp màn hình, họ đã biết loại diode MIM này là cái họ cần, nhưng họ không thể làm cho nó hoạt động”, Keszler nói. “Giờ thì chúng tôi có thể, và nó còn có khả năng được sử dụng với nhiều kim không đắt tiền và dễ tìm trên thị trường, như đồng, nickel hoặc nhôm. Nó cũng đơn giản hơn nhiều, ít tốn kém hơn và dễ chế tạo hơn”.
Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học và kĩ sư tại trường đại học Oregon mô tả việc sử dụng một “lớp tiếp xúc kim loại vô định hình” làm một công nghệ giải quyết các vấn đề trước đây gây trở ngại cho các diode MIM. Các diode ở đại học Oregon được chế tạo ở nhiệt độ tương đối thấp với các kĩ thuật sẽ đưa họ đến chỗ sản xuất các dụng cụ trên nhiều chất nền đa dạng trên quy mô lớn.
Các nhà nghiên cứu Oregon là những người đứng đầu trong một số tiến bộ khoa học vật liệu quan trọng trong những năm gần đây, trong đó có lĩnh vực điện tử học spin đang dần xuất hiện. Các nhà khoa học ở trường đại học sẽ làm một số công việc ban đầu với công nghệ mới trên dùng trong màn ảnh điện tử, nhưng nhiều ứng dụng khác cũng là có thể.
Các máy vi tính và dụng cụ điện tử tốc độ cao không phụ thuộc vào các transistor là những ứng dụng tiềm năng khác. Cũng xuất hiện ở chân trời là các công nghệ “khai thác năng lượng” như công nghệ thu giữ năng lượng mặt trời phát trở lại vào ban đêm, một phương pháp sản xuất năng lượng từ Trái đất khi nó nguội đi vào ban đêm.
“Trong một thời gian dài, mọi người đã muốn cái gì đó đưa chúng ta vượt xa hơn silicon”, Keszler nói. “Đây có thể là một phương pháp đơn giản là in các dụng cụ điện tử trên quy mô lớn với chi phí kém đắt đỏ hơn cái chúng ta có thể làm hiện nay. Và khi các sản phẩm bắt đầu xuất hiện, thì sự tăng tốc độ hoạt động có thể là rất nhiều”.
Nguồn: PhysOrg.com
Ngày: 29/10/2010
