Đột phá công nghệ máy tính với bán dẫn nguyên tử

Các nhà khoa học vừa tạo được bán dẫn bằng một nguyên tử phốt pho trên nền tinh thể silicon giúp nâng tốc độ xử lý, tính toán nhanh gấp hàng tỉ lần so với máy tính hiện nay.

Sơ đồ chế tạo bóng bán dẫn nguyên tử của giáo sư Simmons

Công trình này vừa được nhóm các nhà khoa học thuộc đại học New South Wales (UNSW), Viện khoa học và công nghệ thông tin Hàn Quốc, đại học Purdue và một số trường đại học tại Sydney và Melbourne do giáo sư Michelle Simmons làm chủ nhiệm, công bố.

Theo báo cáo của giáo sư Michelle Simmons và công sự, họ đã chế tạo thành công bóng bán dẫn đơn nguyên tử (nano transistor) bằng cách định vị một nguyên tử phốt pho giữa các điện cực kim loại, cũng làm bằng phốt pho, trên một bề mặt tinh thể silicon. Công trình này đánh dấu cột mốc quan trọng đầu tiên trong chế tạo thiết bị nguyên tử.

Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng một kỹ thuật của kính hiển vi quét đường ống (STM) và in thạch bản chống lại hydro. Các bề mặt của một tấm wafer silicon sạch bao phủ một lớp khí hydro, và sau đó sử dụng đầu của STM (với một điện áp phù hợp áp dụng) để loại bỏ hydro từ các vùng cụ thể trên bề mặt.

Khi tấm wafer được tiếp xúc với phosphine (PH3 ), lớp hydrogen còn lại hoạt động như một mặt nạ và phốt pho chỉ có thể liên kết với các bề mặt ở các vùng đã được loại bỏ hydrogen. Từ đó các nhà khoa họ đã “viết” cấu trúc nano bằng các nguyên tử phốt pho vào các tấm wafer silicon.

Cuối cùng, cấu trúc nano được cố định bằng cách phủ một lớp silicon mới mà giữ các nguyên tử phốt pho cố định tại các vị trí của nó.

Bóng bán dẫn được chế tạo lần đầu tiên trong những năm 1950 và tạo ra cuộc cách mạng ngành công nghiệp điện tử. Kể từ đó, kích thước của các bóng đã được thu nhỏ để tăng số lượng các bóng bán dẫn ép lên một mạch kép nhằm giúp máy tính tính toán nhanh và lưu trữ nhiều hơn.

Khoảng hai năm một lần, số lượng bóng bán dẫn trên chip sẽ nhân đôi theo định luật Moore. Như vậy các bóng bán dẫn sẽ phải đạt đến cấp độ nguyên tử vào năm 2020. Tuy nhiên công bố của giáo sư Simmons đã giúp ngành công nghiệp điện tử rút ngắn khoảng cách này đến tám năm.

Trước đó, vào giữa năm 2011, một số hãng điện tử lớn trên thế giới trong đó có Samsung, Intel, Toshiba… đã bắt tay nhau thực hiện một dự án nghiên cứu phát triển công nghệ chế tạo chất bán dẫn thế hệ mới với mục tiêu thu hẹp khoảng cách 10nm.

Dự án này dự kiến sẽ kéo dài đến năm 2016.