Bóng bán dẫn màng mỏng MMT làm thay đổi thiết kế điện tử

Ngày đăng : 18:44, 11/11/2020

(khoahocdoisong.vn) - Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Surrey và Đại học Rennes Anh trong một nghiên cứu đăng trên Tạp chí Advanced Intelligent Systems, giới thiệu chi tiết sáng chế mới, được gọi là bóng bán dẫn màng mỏng đa phương thức (MMT).

Việc bật/tắt được điều khiển độc lập với dung lượng điện

Nhóm nhà khoa học chế tạo bóng bán dẫn, sử dụng công nghệ điện tử màng mỏng kẹp kim loại, chất cách điện và chất bán dẫn, hình thành các lớp dày hàng chục hoặc hàng trăm nanomet để tạo ra những thiết bị chức năng. Các chế phẩm điện tử này có thể giải quyết những khó khăn tồn tại từ lâu và thực hiện những chức năng tương tự như các mạch điện rất phức tạp.

Cấu trúc thiết kế của bóng bán dẫn màng mỏng nhiều lớp đa phương tức MMT.

Các vật liệu điện tử màng mỏng có giá thành thấp và quy trình sản xuất rất phù hợp với những ứng dụng diện tích lớn như màn hình hiển thị hay các trang thiết bị điện tử linh hoạt hoặc chế tạo bằng phương pháp in, được sản xuất dây chuyền với số lượng lớn trong y tế, y học và giám sát môi trường. Nhược điểm chính của những kỹ thuật giá rẻ này là sự khác nhau về hiệu suất giữa các bóng bán dẫn với nhau,  khiến cho việc hiện thực hóa các bản mạch lớn có chức năng phức tạp gặp nhiều khó khăn.

Những bóng bán dẫn màng mỏng được sử dụng làm công tắc đóng mở, bộ khuếch đại và nguồn dòng điện. Theo truyền thống, những điện cực cổng được sử dụng để kiểm soát dòng điện đi qua bóng bán dẫn và công suất của dòng điện.

Trong thiết bị mới, việc bật/tắt được điều khiển độc lập với dung lượng điện đi qua cấu trúc. Tính năng này cho phép MMT hoạt động ở tốc độ cao hơn những thiết bị tương đương và có sự phụ thuộc tuyến tính đầu vào và đầu ra, điều cần thiết cho bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tín hiệu tương tự “Digital-to-analog” (hoàn nguyên tín hiệu được số) siêu nhỏ gọn.

Đặc trưng này cũng mang lại cho các kỹ sư sự tự do chưa từng có trong thiết kế, phát triển các mạch được đơn giản hóa rất nhiều, có phạm vi ứng dụng rộng rãi hơn cho những thiết bị điện tử in 3D màng mỏng, linh hoạt.

Các bóng bán dẫn cũng có thể được sử dụng làm thiết bị lưu trữ khi được thiết kế với kỹ thuật “cổng nổi- floating gates”.

Khả năng miễn dịch của MMT đối với các hiệu ứng ký sinh

Một trong những bước đột phá của nghiên cứu là khả năng miễn dịch của MMT đối với các hiệu ứng ký sinh làm giảm khả năng tạo ra tín hiệu đồng nhất, lặp đi lặp lại của bóng bán dẫn.

Những trở ngại này cản trở các thiết kế “cổng nổi” truyền thống kể từ khi được phát minh vào năm 1967, nhưng cấu trúc mới hứa hẹn Máy tính tương tự (analog computation) hiệu quả để điều khiển robot, AI và học máy không giám sát.

Bóng bán dẫn đa phương thức này là một sự thay đổi mô hình trong thiết kế bóng bán dẫn. Sáng tạo này phương thức tạo ra những mạch điện tử trong tương lai. Mặc dù có kiểu dáng khá đơn giản nhưng bóng bán dẫn có những tính năng quan trọng, có thể xử lý dữ liệu từ các cảm biến, yếu tố quan trọng cho những thiết bị đeo và tiện ích trong tương lai của IoT (Internet of Things) hiện nay.

MMT đầu tiên sử dụng công nghệ silicon vi tinh thể, hoàn thiện tại Đại học Rennes, dựa vào quá trình nghiên cứu kỹ lượng và độ tin cậy cao của vật liệu, nhưng phương thức tiếp cận vấn đề không bị giới hạn trong một vật liệu hoặc công nghệ nhất định.

Một số thiết kế của MMT.

Khi có được sự tương tác phù hợp giữa các lớp cấu thành, thì MMT và mạch điện tử có thể được thực hiện với nhiều loại vật liệu. Đặc trưng này khiến MMT trở thành một công cụ thực sự hữu ích, có thể tích hợp với hàng loạt công nghệ cảm biến đa dạng.

Eva Bestelink, một trong những kỹ sư đồng phát minh ra MMT tại Đại học Surrey cho biết, dự án bắt đầu với ý tưởng tạo ra một thiết bị dựa trên những chức năng thần kinh. Càng nghiên cứu, các nhà khoa học càng phát hiện được ở MMT nhiều tính năng hữu ích hơn.

Dự án nhận được hơn £ 1,1 triệu Bảng tiền tài trợ từ Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kỹ thuật của Vương quốc Anh và được thiết lập để tiếp tục phát triển các bảng mạch điện tử, được tối ưu hóa bằng các khả năng độc đáo của MMT, bao gồm các mạch mạng thần kinh có độ phức tạp thấp nhưng công suất mạnh dành cho cảm biến phân loại dữ liệu.

Thái Bằng