TRẦM THIÊN THU – Hiệu suất transistor cải thiện nhờ tác dụng lượng tử

Mặt cắt một dây-nano 5,1 nm, được chụp theo kính hiển vi điện tử xử lý cao. Tỷ lệ là 5 nm (nano-mét)
Sản xuất theo tỷ lệ nano đã có từ lâu từ khi có cách nhìn bằng kỹ thuật nano của Feynman hơn 50 trước. Từ đó, các cuộc nghiên cứu đã chứng minh cách mà các cấu trúc theo chiều thấp (low-dimentional), như dây-nano (nanowires) và các chấm lượng tử (quantum dots), có thuộc tính duy nhất khả dĩ cải thiện hiệu suất của nhiều thiết bị. Theo nghiên cứu mới đây nhất về lĩnh vực này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo các transistor làm bằng dây-nano bằng silicon rất mỏng tạo hiệu suất cao nhờ tác dụng lượng tử trong các dây-nano.
Nhóm nghiên cứu gồm Krutarth Trivedi, Hyungsang Yuk, Herman Carlo Floresca, Moon J. Kim, và Walter Hu, thuộc ĐH Texas tại Dallas, đã công bố nghiên cứu này trên số báo Nano Letters mới đây.
Trong cuộc nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã chế tạo các dây-nano bằng silicon có đường kính chỉ 3-5 nm. Với đường kính nhỏ này, các dây-nano cảm nhận tác dụng lượng tử gây ra thuộc tính của các dây-nano để thay đổi từ các giá trị chủ yếu. Đặc biệt là transistor được làm bằng các dây-nano mỏng cải thiện tính biến đổi của chúng, dòng điện truyền động (drive current), và tỷ trọng dòng điện (current density) – các thuộc tính làm cho transistor hoạt động nhanh hơn và hiệu quả hơn. Hiệu suất của transistor thậm chí nổi nội hơn nhờ các transistor dây-nano bằng silicon được dùng để cải thiện hiệu suất.
Khoa học gia Walter Hu nói: “Tầm quan trọng của cuộc nghiên cứu này là chúng tôi đã chứng minh được việc làm tăng mức độ sản sinh lượng tử của kênh silicon đạt kết quả trong việc làm tăng tính biến động của vật chuyển tải. Chúng tôi có bằng chứng thực nghiệm về tính biến đổi được kích hoạt cao về lý thuyết của các dây-nano có đường kính 3 nm”.
Trước tiên, nó có vẻ có thể phản trực giác (counterintuitive) mà một dây nhỏ hơn khả dĩ có tính biến đổi cao hơn dây lớn. Nhưng théo cách giải thích của các nhà nghiên cứu, hiệu suất sản sinh lượng tử làm tăng tính biến đổi của vật dẫn trong dây bằng cách hạn chế số lỗ (góp phần vào dòng điện) tới mức năng lượng đồng nhất hơn trong dây silicon lớn. Vì trong dây silicon lớn, các lỗ phân phối năng lượng nhiều cho dòng điện, còn trong các dây nhỏ, năng lượng của các lỗ phân phối rất ít. Do đó, các lỗ có năng lượng tương tự làm giảm hiệu suất phân tán vật dẫn trong các dây-nano, lần lượt cải thiện tính biến đổi và tỷ trọng dòng điện. Nhờ so sánh hiệu suất các dây-nano nhỏ gọn với các đai-nano (nanobelts) tương tự, trong đó chỉ hạn chế độ dày. Các nhà nghiên cứu cũng cho biết rằng việc làm tăng mức độ sản sinh lượng tử của kênh có kết quả biến đổi cao hơn trong vật dẫn.
Theo các nhà nghiên cứu, làm các transistor dây-nano bằng silicon dưới 5 nm có hiệu suất cao là tương đối đơn giản so với các phương pháp khác. Các phương pháp làm dây-nano khác dùng các phương pháp đảo ngược và kích hoạt các mối nối hoặc kênh. Một cách ứng dụng là các nhà nghiên cứu dự định dùng các dây-nano để tạo các cảm biến sinh học (biosensors) không mắc tiền và cực kỳ nhạy bén, vì các cảm biến sinh học tăng nhạy cảm khi đường kính dây-nano tăng.
TS Hu nói: “Khi chúng tôi có ngân quỹ (NSF Career Award), dự án của chúng tôi là khám phá cảm ứng sinh học của protein bằng các dạng transistor dây-nano. Chúng tôi tin các dây-nano có đường kính nhỏ với hiệu suất cao như vậy có thể ảnh hưởng nhiều đến cảm ứng sinh học, hy vọng chúng có độ cảm ứng cao với các phân tử đơn với tỷ lệ tín hiệu âm thanh tốt hơn”.
Ngoài việc cảm ứng sinh học, các transistor hiệu suất cao có thể ảnh hưởng tỷ lệ CMOS, điều này càng khó hơn. Các nhà nghiên cứu hiện nay đang tìm nguồn tài trợ để khám phá lĩnh vực này.
TS Hu nói: “Các transistor này có thể ảnh hưởng tỷ lệ CMOS nhờ hiệu suất thực sự tăng với đường kính giảm. Sắp xếp các transistor với các dây-nano nhỏ gọn có thể đạt hiệu suất cao mà không cần kỹ thuật xử lý mới. Thật vậy, việc xử lý thậm chí có thể đơn giản hóa các kỹ thuật dòng điện, vì các transistor dây-nano không dùng các mối nối bổ sung được kích hoạt cao về nguồn/kênh; việc loại trừ các mối nối kích hoạt cao làm giảm nhiều dòng điện theo tỷ lệ kỹ thuật xử lý CMOS tới mức tỷ lệ nano.
Ông cho biết thêm: “Quan điểm riêng tôi là silicon vẫn có nhiều tiềm năng về điện tử nano (nanoelectronics), công nghệ này có thể cần cân nhắc việc hỗ trợ nghiên cứu về dây-nano bằng silicon hoặc các thiết bị dây bằng lượng tử và các cấu trúc mới để hoàn toàn giải phóng tiềm năng silicon. Mọi người đang nghiên cứu “lá gra-phít” (graphene), một chất liệu quan trọng, nhưng chúng tôi không thể làm ngơ tiềm năng của silicon, vì chúng tôi thấy tính biến chuyển lỗ hiệu quả có thể tới 1.200”.

TRẦM THIÊN THU (Chuyển ngữ từ PhysOrg.com)

http://www.physorg.com/news/2011-03-transistor-due-quantum-confinement-effects.html
 

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s