Đại học Thanh Hoa Trung Quốc chế tạo bóng bán dưới 1nm

VNZ-NEWS
Vn-Z.vn Ngày 01 tháng 04 năm 2022, theo thông báo chính thức của Đại học Thanh Hoa, mới đây, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Ren Tianling từ Khoa Mạch tích hợp thuộc Đại học Thanh Hoa đã đạt được một bước đột phá lớn trong việc nghiên cứu các bóng bán dẫn quy mô nhỏ có tính chất điện tốt.


bong-ban-dan-1nm.jpg

Hình 1. Sơ đồ cấu trúc bóng bán dẫn chiều dài cổng phụ 1 nanomet

Các bóng bán dẫn là thành phần cốt lõi của chip, nếu kích thước cổng nhỏ hơn cho phép nhiều bóng bán dẫn được tích hợp trên chip và cải thiện hiệu suất. Trước đây Gordon Moore, một trong những người sáng lập Tập đoàn Intel, đã đề xuất vào năm 1965: "Số lượng bóng bán dẫn có thể đáp ứng trên một chip mạch tích hợp tăng gấp đôi sau mỗi 18-24 tháng, hiệu suất của bộ vi xử lý cũng tăng lên. ”Đây được gọi là“ Định luật Moore ”trong lĩnh vực mạch tích hợp.

Trong vài thập kỷ qua, kích thước cổng của bóng bán dẫn đã bị thu hẹp lại dưới sự thúc đẩy của Định luật Moore. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, khi kích thước vật lý của bóng bán dẫn đã bước vào kích thước nano, nó đã khiến cho ngắn hạn giảm tính linh động của điện tử, tăng dòng điện rò rỉ và tăng tiêu thụ điện năng tĩnh. Hiệu ứng phân kênh ngày càng trở nên nghiêm trọng hơn, điều này làm cho sự phát triển của các cấu trúc mới và vật liệu mới. Theo Hệ thống Từ điển Tài nguyên Thông tin (IRDS2021), kích thước cổng của bóng bán dẫn trong ngành công nghiệp chính là trên 12nm.


Get-length-scaling-down.jpg

Hình 2 Với sự phát triển của Định luật Moore, chiều dài cổng của bóng bán dẫn đang dần thu hẹp lại, công trình này nhận ra một bóng bán dẫn có chiều dài cổng nhỏ hơn 1 nanomet

Vào năm 2012, Viện Công nghệ Công nghiệp Nhật Bản báo cáo tại Hội nghị Thiết bị Điện tử Quốc tế (IEDM) rằng một bóng bán dẫn silicon không tiếp giáp phẳng hình chữ V được tạo ra dựa trên silicon trên một chất nền cách điện và chiều dài cổng vật lý tương đương chỉ là 3 nanomet.

Vào năm 2016, Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley và Đại học Stanford ở Hoa Kỳ có báo cáo trên tạp chí Science rằng một bóng bán dẫn molypden sulfide phẳng với chiều dài cổng vật lý 1 nanomet đã được tạo ra dựa trên vật liệu ống nano carbon kim loại.

Để tiếp tục phá vỡ nút thắt cổ chai của các bóng bán dẫn có chiều dài cổng dưới 1 nanomet, nhóm nghiên cứu đã khéo léo sử dụng độ dày lớp đơn nguyên tử siêu mỏng và độ dẫn điện tuyệt vời của màng graphene làm cổng điều khiển kênh MoS2 thẳng đứng bằng điện trường qua graphene chuyển đổi để đạt được chiều dài cổng vật lý tương đương là 0,34nm.

Bằng cách lắng đọng nhôm kim loại trên bề mặt của graphene và oxy hóa nó một cách tự nhiên, việc che chắn điện trường theo hướng thẳng đứng của graphene đã được hoàn thành. Lớp nguyên tử hafnium dioxide lắng đọng được sử dụng làm chất điện môi GATE, và lớp màng molypden disulfide một lớp hai chiều lắng đọng hơi hóa học được sử dụng làm kênh dẫn. Cấu trúc thiết bị cụ thể, quy trình xử lý và bản đồ vật lý đã hoàn thành như sau:


1nm-bong-ban-dan.jpg

Hình 3 Quy trình xử lý thiết bị bóng bán dẫn có chiều dài gate nhỏ hơn 1nm, sơ đồ đặc tính và sơ đồ vật lý

Nghiên cứu phát hiện ra rằng bóng bán dẫn có thể được bật, tắt dưới sự điều khiển của chiều dài cổng vật lý siêu hẹp 1nm do màng molypden hai chiều một lớp có khối lượng điện tử hiệu dụng lớn hơn và hằng số điện môi thấp hơn vật liệu silicon số lượng lớn. Dòng điện ngoài trạng thái theo thứ tự pA, tỷ lệ chuyển mạch có thể đạt tới 105, và dao động ngưỡng phụ là khoảng 117mV/dec.

Một số lượng lớn các bộ dữ liệu kiểm tra thực nghiệm cũng xác minh tiềm năng ứng dụng quy mô lớn của cấu trúc này. Các kết quả mô phỏng dựa trên thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính trong quá trình (TCAD) chứng minh thêm sự điều chỉnh hiệu quả của kênh đisunfua molypden thẳng đứng bởi điện trường rìa graphene và dự đoán hiệu suất điện của bóng bán dẫn trong điều kiện đồng thời rút ngắn chiều dài kênh.

Công trình này đưa giới hạn của Định luật Moore lên một tầm cao mới ,đến cấp độ nhỏ hơn 1 nanomet, cung cấp tài liệu tham khảo cho việc ứng dụng màng mỏng 2D trong các mạch tích hợp trong tương lai.



Physical-gate-lenghe.jpg

Hình 4 Các số liệu thống kê về sự phát triển hiện tại của tỷ lệ chiều dài cổng bóng bán dẫn trong công nghiệp và học viện, công trình này là công trình đầu tiên đạt dưới 1 nm

Các kết quả liên quan được đề cập ở trên có tiêu đề "Bóng bán dẫn MoS2 thẳng đứng với độ dài cổng nhỏ hơn 1 nm" (Vertical MoS2 transistors with sub-1-nm gate lengths), và được công bố trực tuyến vào ngày 10 tháng 3 trên tạp chí học thuật quốc tế hàng đầu "Nature".

Các tác giả của bài báo là Giáo sư Ren Tianling và Phó Giáo sư Tian He từ Trường Mạch tích hợp, Đại học Thanh Hoa. Wu Fan và Phó Giáo sư Tian He, nghiên cứu sinh năm 2018 từ Trường Mạch tích hợp, Đại học Thanh Hoa, và Shen Yang , nghiên cứu sinh tiến sĩ năm 2019, là đồng tác giả đầu tiên.

Các tác giả khác tham gia nghiên cứu bao gồm Đại học Thanh Hoa Hou Zhan, nghiên cứu sinh năm 2020 từ Trường Mạch tích hợp, Ren Jie, nghiên cứu sinh năm 2018, Gou Guangyang, tiến sĩ năm 2022 sinh viên, và Phó Giáo sư Yang Yi, và Phó Giáo sư Sun Yabin từ Trường Kỹ thuật Điện tử và Truyền thông, Đại học Sư phạm Hoa Đông.


Vn-Z.vn team tổng hợp tham khảo nguồn
 
Trả lời

paulscholes0258

Rìu Sắt
cứ khi nào cho ra sản phẩm rồi nói. chứ nghiên cứu thì tin tức nhiều lắm.
 

Ultra Instinct

Búa Gỗ
cứ khi nào cho ra sản phẩm rồi nói. chứ nghiên cứu thì tin tức nhiều lắm.
Muốn có sản phẩm thì trước tiên phải có nghiên cứu trước đã. 100 cái nghiên cứu chưa chắc có 1 cái sản phẩm nhưng ít nhất có 1 cái mục tiêu để làm ra sản phẩm. Phương tây họ luôn đổ rất nhiều tiền vào nghiên cứu dù biết xác suất ra sản phẩm thấp nhưng họ vẫn làm vì họ biết 1 khi thành công sẽ đi trước nhiều nước khác. Còn những nước khác thì có biết chạy theo mua sản phẩm của họ thôi vì có bao giờ đổ tiền tỷ vào nghiên cứu đâu.
 

windtr

Búa Gỗ
Tiêu đề giật tít vãi. Từ nghiên cứu ra chế tạo còn xa. hơn nữa Abstract đâu có nói là đã có sản phẩm thực nghiệm đâu, mới chỉ là kết quả mô phỏng thôi ạ.
Góp ý là lần sau: tác giả đăng bài thì soát lỗi chính tả nhé ạ.
 

carxasia

Gà con
sản phẩm thì chưa ra, mà làm như đúng rồi. đang nghiên cứu thì đếm chả hết đc