Bước tiến mới trong việc chế tạo bóng bán dẫn nano

Bộ chuyển mạch này là một ống nano hình chữ Y có thể hoạt động như một chiếc bóng bán dẫn thường có trong các thiết bị điện tử dân dụng ngày nay. Dòng điện đi từ nhánh này sang nhánh khác có thể được chuyển trạng thái thành bật hay tắt bằng cách đưa vào một điện áp ở nhánh thứ ba. Chiếc chuyển mạch này hoạt động rất hoàn hảo: dòng điện được chuyển đổi hoàn toàn từ giữa hai trạng thái bật hay tắt.

Nhà khoa học vật liệu Prabhakar Bandaru, phụ trách nhóm nghiên cứu thuộc trường đại học California, nhóm đã phát minh ra thiết bị này, cho biết: “Với kích thước nhỏ và hoạt động chuyển mạch hoàn hảo, những ống nano này rất có triển vọng cho một loại bóng bán dẫn mới”.

Các nhà khoa học đã chế tạo các ống nano hình chữ Y này bằng cách cho một chất xúc tác ion titanium vào một lọ chứa các ống nano thẳng khi các ống này đang phát triển. Khi một phần tử chất xúc tác dính vào cạnh của một ống nano, chúng sẽ tạo ra nền tảng của một nhánh ống mới.

Các bóng bán dẫn truyền thống được chế tạo từ các lớp vật liệu bán dẫn, thí dụ như silicon. Các phương pháp sản xuất tốt hơn sẽ giúp chế tạo các con chip nhỏ hơn và như vậy sẽ giúp đưa được nhiều bóng bán dẫn vào trong một bộ vi xử lý máy tính hơn, tăng năng lực tính toán cho các con chip này. Nhưng khi các thành phần càng bị thu nhỏ hơn, bắt đầu xuất hiện hiện tượng rò điện. Điều này khiến cho con chip nóng lên quá mức, lãng phí điện năng và có thể khiến cho một số chuyển mạch đọc thành “bật” trong khi lẽ ra chúng phải ở trạng thái “tắt”. Và như vậy, dường như các con chip silicon không thể nhỏ hơn được nữa.

Bởi vậy các nhà khoa học đã tìm cách để sử dụng các ống nano carbon vào công việc này. Những tấm nguyên tử carbon cuộn lại này có thể dẫn điện và chiếm ít diện tích hơn nhiều so với các mạch silicon, với kích thước đường kính chỉ khoảng vài phần tỷ mét. Ngoài ra, để chế tạo ra các ống nano này, người ta chỉ cần sử dụng các phương pháp hóa học rẻ tiền mà không cần phải qua các công đoạn khắc hay sắp lớp phức tạp như quy trình chế tạo mạch điện hiện nay. Ông Hongqi Xu, một nhà vật lý thuộc trường đại học Lund (Thụy Điển) nói: “Điều này sẽ giúp chúng ta chế tạo được các thiết bị có kích thước nhỏ hơn nhiều nhưng lại có những chức năng mạnh hơn hẳn”.

Các nhà khoa học đã từng chế tạo được các mạch logic bằng ống nano, nhưng những mạch này lại cần phải có những “cổng” kim loại để kiểm soát luồng điện tích. Việc chế tạo những thiết bị như vậy sẽ đòi hỏi một số bước, bởi vậy ông Xu cho rằng chúng sẽ không thể cạnh tranh nổi về chi phí với các thiết bị điện tử truyền thống.

Nhưng trong cấu trúc ống nano mới, các cổng này lại là một phần của ống. Ông Bandaru cho biết thêm là các phần tử hạt xúc tác gắn vào chính giữa ống nano có thể được điều chỉnh để thay đổi thuộc tính chuyển mạch của thiết bị, giúp nó chuyển mạch với những điện áp khác nhau.

Nhóm nghiên cứu hiện đang mở rộng nghiên cứu để tìm cách chế tạo các ống nano với những hình chữ T hay chữ X để có thể thực hiện các chức năng khác.