Một nhóm nhà khoa học Trung Quốc tại Đại học Bắc Kinh vừa tạo ra bước đột phá trong ngành công nghiệp bán dẫn với transistor hai chiều làm từ bismuth, đạt tốc độ xử lý nhanh hơn 40% so với chip silicon hiện đại nhất.
Mục lục
Thiết Kế Đột Phá Vượt Trội FinFET
Thay vì tiếp tục thu nhỏ thiết kế FinFET truyền thống, nhóm nghiên cứu đã phát triển transistor cấu trúc gate-all-around (GAAFET) với vật liệu hoàn toàn mới. Công nghệ này bao quanh kênh dẫn bằng cổng điều khiển ở cả bốn phía, giúp kiểm soát dòng điện hiệu quả hơn và giảm thất thoát năng lượng.
Bismuth – Vật Liệu Thay Thế Silicon Đầy Tiềm Năng
Transistor mới sử dụng bismuth oxyselenide (Bi₂O₂Se) làm kênh dẫn và bismuth selenite oxide (Bi₂SeO₅) làm cổng điều khiển. Các vật liệu 2D này cho phép electron di chuyển nhanh hơn ngay cả ở kích thước siêu nhỏ, đồng thời giảm thiểu tình trạng quá nhiệt – vấn đề nan giải của chip silicon hiện nay.
Giáo sư Hailin Peng, trưởng nhóm nghiên cứu, giải thích: “Thiết kế này giảm tán xạ electron và thất thoát dòng điện, cho phép electron di chuyển gần như không có điện trở, tương tự nước chảy qua ống trơn”.
Giải Pháp Trước Lệnh Cấm Vận Công Nghệ
Thành tựu này có ý nghĩa đặc biệt trong bối cảnh Trung Quốc đối mặt với hạn chế tiếp cận công nghệ sản xuất chip tiên tiến từ phương Tây. Việc phát triển transistor không dùng silicon bằng công nghệ sẵn có trong nước mở ra hướng đi mới cho ngành bán dẫn Trung Quốc.
Nhóm nghiên cứu đang nỗ lực mở rộng quy mô sản xuất, với các mẫu thử nghiệm ban đầu cho thấy điện áp hoạt động cực thấp và hệ số khuếch đại điện áp cao – dấu hiệu tích cực cho việc tích hợp vào mạch thực tế.
Nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Nature Materials, đánh dấu bước tiến quan trọng trong cuộc đua công nghệ bán dẫn toàn cầu.
