Trung Quốc sắp phát triển chip thế hệ mới?
Các nhà nghiên cứu Trung Quốc đã nâng cấp công nghệ chip khi các mạch trở nên phức tạp và mỏng hơn.
Các nhà nghiên cứu tại Trung Quốc đã phát triển một chất cách điện vi mạch sử dụng sapphire nhân tạo, một phát triển có thể kéo dài tuổi thọ pin cho điện thoại thông minh.
Trong một bài báo mới được công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu cho biết, lớp phim sapphire có thể được sử dụng để xây dựng các mạch hai chiều trong chip hiệu quả hơn.
"Bằng cách chế tạo các mạch tích hợp 2D phức tạp, tiềm năng to lớn của vật liệu 2D có thể được khai phá hoàn toàn và có thể đặt nền tảng cho thế hệ thiết bị điện tử hiệu suất cao tiếp theo", Di Zengfeng, một trong những đồng lãnh đạo nhóm nghiên cứu cho biết.
Các chip truyền thống có các cấu trúc phức tạp, được kết nối với nhau trên một chất nền wafer silicon. Các bóng bán dẫn bên trong chip điều chỉnh dòng điện, trong khi các lớp điện môi làm bằng vật liệu cách điện phân cách các lớp dẫn điện khác nhau để ngăn ngừa sự rò rỉ dòng điện.
Các lớp điện môi cũng hoạt động như các rào cản nhiệt, giúp quản lý sự phân phối nhiệt bên trong con chip.
Khi công nghệ chip phát triển, số lượng bóng bán dẫn trong chip tăng lên và cách sắp xếp của chúng trở nên nhỏ gọn hơn. Sự phát triển này dẫn đến việc tăng nhu cầu vật liệu cách điện, đặc biệt là khi vật liệu nền trở nên mỏng hơn và gần như hai chiều.
Vật liệu cách điện truyền thống có xu hướng kém hiệu quả hơn khi được làm mỏng đến kích thước nanomet, dẫn đến mức tiêu thụ điện năng và tỏa nhiệt cao hơn, có thể ảnh hưởng đến độ ổn định và tuổi thọ của thiết bị.
Do đó, nhóm nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm về vật liệu cho mạch tích hợp tại Viện Công nghệ thông tin và vi mô Thượng Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) do ông Di và Tian Ziao đứng đầu đã phát triển một lớp điện môi làm từ màng sapphire.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một tấm nhôm đơn tinh thể và sau đó đưa các nguyên tử oxy vào ở nhiệt độ phòng để tạo thành một lớp oxit nhôm đơn tinh thể chỉ dày 1,25 nanomet
“Mặc dù được tổng hợp nhân tạo, nhưng lớp màng này có cấu trúc tinh thể và tính chất cách điện tương đương với đá quý sapphire tự nhiên”, chuyên gia Tian cho biết trong một tuyên bố trên trang web của CAS.
Sau đó, lớp màng sapphire được kết hợp với chất nền hai chiều làm từ molypden disulphide – thay thế silicon – để tạo ra các mảng bóng bán dẫn công suất thấp.
Kết quả đã tạo ra một mạch tích hợp hiệu suất cao hơn. "Các mạch này đáp ứng các tiêu chuẩn của lộ trình quốc tế về thiết bị và hệ thống cho các chip công suất thấp trong tương lai. Đồng thời, nó cho thấy những cải tiến đáng kể về độ bền và hiệu quả hoạt động, tạo nền tảng cho các thiết bị điện tử hiệu suất cao”, chuyên gia này nói thêm.
Các nhà nghiên cứu cho biết tính đơn giản của phương pháp này có nghĩa là nó có thể dễ dàng được đưa vào sản xuất công nghiệp. Kỹ thuật sản xuất và đặc điểm vật liệu của màng sapphire cũng tương thích với các quy trình dựa trên silicon hiện có.
Theo báo cáo, nhóm nghiên cứu đã chứng minh được khả năng tái tạo và tính đồng nhất tuyệt vời của màng trong một lô 100 thiết bị.
Các nhà nghiên cứu cho biết đây là một bước tiến lớn hướng tới việc ứng dụng vật liệu bán dẫn hai chiều vào các cơ sở sản xuất công nghiệp.
Đài truyền hình Nhà nước CCTV đưa tin: "Sự tiến bộ này không chỉ có ý nghĩa quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ pin điện thoại thông minh mà còn hỗ trợ phát triển chip công suất thấp cho các thiết bị ứng dụng trí tuệ nhân tạo và Internet vạn vật".