Khoa học chỉ đích danh chất bán dẫn tốt nhất từng được phát hiện ra, tuy nhiên …

Silicon là một trong những nguyên tố có trữ lượng dồi dào nhất trên Trái Đất, và cũng đã trở thành nền móng thiết kế xây dựng nên xã hội công nghệ cao thời nay. Tuy nhiên, đặc tính của silicon chưa được cho phép vật tư đại trà phổ thông này trở thành chất bán dẫn hiệu suất cao nhất .Dù cấu trúc silicon được cho phép các hạt electron vận động và di chuyển thuận tiện bên trong, nó lại không thuận tiện thích hợp với các lỗ trống điện tử – khái niệm vật lý hoàn toàn có thể mang đặc thù của một hạt mang điện tích dương ; trong một số ít công nghệ tiên tiến nhất định, vật tư phải tận dụng được cả electron và lỗ trống điện tử ( hay còn gọi tắt là “ lỗ trống ” ) mới có hiệu năng cao .Hơn nữa, silicon không phải chất dẫn nhiệt tốt, đó là nguyên do đồ điện tử gia dụng thường gặp phải thực trạng quá nhiệt và cần tới những mạng lưới hệ thống tản nhiệt đắt đỏ .

Bạn đang đọc: Khoa học chỉ đích danh chất bán dẫn tốt nhất từng được phát hiện ra, tuy nhiên …

Để giải quyết vấn đề hóc búa, một nhóm các nhà khoa học tới từ Viện Công nghệ Massachusetts, Đại học Houston và nhiều viện nghiên cứu khác tìm kiếm một chất bán dẫn khác hiệu quả hơn. Thử nghiệm với boron arsenide dạng lập phương, nhóm đã phá bỏ được những giới hạn có trên silicon: boron arsenide vận chuyển tốt cả electron và lỗ trống, đồng thời có khả năng dẫn nhiệt tốt. 

Nhóm nghiên cứu và điều tra chứng minh và khẳng định đây là vật chất bán dẫn hiệu suất cao nhất từng được khoa học phát hiện ra, thậm chí còn hoàn toàn có thể là chất bán dẫn tốt nhất .Cho đến giờ, boron arsenide mới chỉ được sản xuất trong phòng thí nghiệm và tham gia vào các bài thử quy mô nhỏ. Các nhà nghiên cứu phải sử dụng tới giải pháp đặc biệt quan trọng tăng trưởng bởi giáo sư Song Bai từng công tác làm việc tại MIT để thử nghiệm từng khu vực nhỏ, riêng không liên quan gì đến nhau bên trong boron arsenide .Sẽ cần các điều tra và nghiên cứu sâu hơn để chứng minh và khẳng định tiềm năng của boron arsenide, đồng thời xác định năng lực sửa chữa thay thế silicon của nó. Tuy nhiên, trong tương lai gần, những đặc tính đặc biệt quan trọng của vật tư này vẫn hoàn toàn có thể có ích .Boron arsenide, vật tư bán dẫn tốt nhất mà ta biết .Trong báo cáo giải trình khoa học mới đăng tải hồi cuối tháng Bảy trên tạp chí Science, các Tóm lại đều cho thấy boron arsenide đạt được những kỳ vọng khởi đầu. Những điều tra và nghiên cứu trước kia đã nêu giả định rằng vật tư này có năng lực dẫn nhiệt tốt, đồng thời dẫn hiệu suất cao cả electron và các lỗ trống điện tử. Thử nghiệm thực tiễn cho thấy năng lực dẫn nhiệt của boron arsenide tốt gấp gần 10 lần silicon .

Báo cáo mới chỉ ra rằng boron arsenide đã sở hữu mọi đặc tính cần có để trở thành một chất bán dẫn lý tưởng. “Điều này quan trọng, bởi lẽ các chất bán dẫn chứa cả các hạt mang điện tích âm và dương. Vậy nên nếu muốn chế tạo một thiết bị, bạn phải có vật chất cho phép cả electron và lỗ trống lưu thông với ít điện trở nhất có thể”.

Silicon luân chuyển electron rất tốt nhưng không cho phép các lỗ trống điện tử trôi hiệu quả, một số vật liệu khác, đơn cử như gallium arsenide được dùng trong công nghệ laser, cũng gặp tình trạng tương tự.

Xem thêm: Thương mại điện tử là gì? Sau này làm nghề gì? Học trường nào tốt?

“Hiện tại nhiệt là một trong những vấn đề gây nghẽn cổ chai’ trong nhiều thiết bị điện tử”, một trong hai tác giả chính của nghiên cứu mới, ông Shin Jungwoo nhận định. “Silicon carbide đang dần thay thế silicon trong sản xuất đồ điện ở một số công ty xe điện hàng đầu, trong đó có Tesla, nhờ khả năng dẫn nhiệt nhanh gấp 3 lần silicon, mặc dù khả năng truyền hạt mang điện không hiệu quả bằng. Thử tưởng tượng xem boron arsenide có thể làm được gì với hiệu năng dẫn nhiệt lớn gấp 10 lần”.

Cũng theo lời các nhà khoa học, vật tư mới không riêng gì có năng lực dẫn nhiệt tốt nhất trong số các chất bán dẫn, mà năng lực này còn tốt thứ ba trong hàng loạt số vật chất mà ta biết – chỉ đứng sau kim cương và boron nitride được làm giàu đồng vị .

“Quả thực ấn tượng, bởi lẽ tôi không biết tới vật liệu nào khác ngoài graphene chứa tất cả những đặc tính này”, đồng tác giả nghiên cứu Chen Gang nhận định.

Cách sắp xếp carbon tạo nên cấu trúc graphene .Theo lời ông, thử thách hiện tại là tìm ra cách sản xuất hiệu suất cao để cho ra nguyên vật liệu boron arsenide với số lượng lớn. Tổng hợp hóa học tạo nên boron arsenide rất khó triển khai, bên cạnh đó dạng tinh thể đơn của vật chất này thường có tì vết. Chưa hết, dù các đặc tính siêu việt đã được chứng tỏ, các nhà khoa học “ không rõ liệu vật tư có được dùng hay ứng dụng được vào ngành nào hay không ” .

“Silicon vẫn là trụ cột của cả ngành công nghiệp”, nhà nghiên cứu Gang nhận định. “Đúng là chúng tôi có được một vật liệu tốt hơn, nhưng liệu nó có làm rung chuyển cả ngành được không? Chúng tôi không hay”. Dù vật liệu mới dường như là chất bán dẫn lý tưởng, chưa thể chứng minh nó có thể phù hợp với thiết bị điện tử ta đang sở hữu ngày nay.

Mặc dù khả năng dẫn hạt mang điện và dẫn nhiệt đều đã được chứng minh, những đặc tính khác như độ bền, khả năng tái chế, v.v… đều chưa sáng tỏ. Điều đó ngăn boron arsenide có thể trở thành “silicon mới” của ngành công nghiệp. Các nhà khoa học mong rằng báo cáo nghiên cứu mới sẽ giúp boron arsenide nhận được những sự chú ý đáng có.

Xem thêm: Phần mềm hóa đơn điện tử, hóa đơn điện tử xác thực – Nhân Hòa

Theo lời nhà nghiên cứu Shin Jungwoo, để dùng được vào mục đích thương mại, quá trình sản xuất và tinh luyện boron arsenide phải hiệu quả ngang ngửa silicon. “Silicon mất nhiều thập kỷ để có được ngôi vương ngày hôm nay, khi có độ tinh khiết lên tới 99,99999999%, hay 10 số 9, trên dây chuyền sản xuất hàng loạt”.

Để có thể có chỗ đứng trên thị trường, ông Chen Gang nhận định sẽ cần tới “nhiều người phát triển nhiều cách chế tạo, phân loại các vật liệu”. Tuy nhiên chưa rõ số vốn để thực hiện tất cả những hoạt động tốn kém đó lấy được từ đâu. 

Theo MIT

Source: https://vh2.com.vn
Category : Điện Tử