Vật liệu điện cực siêu mỏng cho các thiết bị điện tử tương lai

Để hiện thực hóa các hệ thống trí tuệ nhân tạo và lái xe tự động, nhưng phải có khả năng xử lý nhiều dữ liệu hơn. Những các thiết bị logic trên cơ sở silicon có hạn chế là chi phí xử lý cao và tiêu thụ điện năng gia tăng khi thu nhỏ và tích hợp.

Để giải quyết những hạn chế này, các nhà khoa học đang nghiên cứu các thiết bị điện tử và logic, phát triển trên chất bán dẫn mỏng, 2D cấp độ lớp nguyên tử.

Nhưng việc kiểm soát những đặc tính điện thông qua pha tạp chất trong chất bán dẫn hai chiều phức tạo hơn so với những thiết bị bán dẫn trên cơ sở silicon thông thường. Về kỹ thuật rất khó thực hiện các thiết bị logic với chất bán dẫn hai chiều.

Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST; Chủ tịch: Seok-jin Yoon) thông báo, một nhóm nghiên cứu chung tại KIST, do TS Do Kyung Hwang thuộc Trung tâm Thiết bị và Vật liệu Quang điện tử và GS Kimoon Lee của Khoa Vật lý tại Đại học Quốc gia Kunsan đã phát triển các thiết bị logic và điện tử hai chiều trên cơ sở chất bán dẫn với những đặc tính điện có thể được điều khiển thông qua vật liệu điện cực siêu mỏng mới (Cl-SnSe 2 ).

Rất khó để hiện thực hóa các mạch logic bổ sung với các thiết bị bán dẫn hai chiều thông thường vì các thiết bị này chỉ thể hiện những đặc tính của thiết bị loại N hoặc loại P do hiện tượng ghim mức Fermi.

Nhưng vật liệu điện cực mới cho phép có thể tự do kiểm soát những đặc tính của thiết bị loại N và loại P bằng cách giảm thiểu những thiếu hụt với giao diện bán dẫn.

Như vậy, một thiết bị duy nhất có thể thực hiện các chức năng của cả thiết bị loại N và loại P. Do đó, không cần phải sản xuất thiết bị loại N và loại P riêng biệt. Sử dụng thiết bị bán dẫn này, nhóm nghiên cứu đã thực hiện thành công một mạch logic bổ sung, hiệu suất cao, tiêu thụ điện năng thấp, có thể thực hiện các hoạt động logic như NOR và NAND.

Kết quả hoạt động của thiết bị bán dẫn hai chiều và thiết bị logic do nhóm nghiên cứu chung thực hiện. Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)

Cấu trúc của thiết bị điện tử bán dẫn hai chiều, thực hiện trong nghiên cứu (bên trái) và ảnh thiết bị chụp qua kính hiển vi điện tử (bên phải). Ảnh: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST)

TS Do Kyung Hwang cho biết, sự phát triển này sẽ thúc đẩy quá trình thương mại hóa các công nghệ hệ thống thế hệ tiếp theo như hệ thống trí tuệ nhân tạo , vốn rất khó sử dụng trong những ứng dụng thực tế do các hạn chế kỹ thuật gây ra khi thu nhỏ và tích hợp cao thiết bị bán dẫn silicon thông thường.

Vật liệu điện cực hai chiều được phát triển rất mỏng, có được tính linh hoạt và truyền ánh sáng cao. Những điện cực này trong tương lai sẽ được sử dụng cho các thiết bị bán dẫn trong suốt và linh hoạt thế hệ tiếp theo.

Công trình nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Advanced Materials.