Vật liệu bán dẫn mới vượt trội silicon, hứa hẹn thay đổi ngành điện tử

Trên trong thực tiễn, nó hoàn toàn có thể trở thành chất bán dẫn tốt nhất trong tương lai .
 

Nguyên tử boron (màu cam) tham gia với các nguyên tử asen [màu đen] để tạo thành cấu trúc tinh thể lập phương được gọi là boron arsenide lập phương (c-BAs).

Bạn đang đọc: Vật liệu bán dẫn mới vượt trội silicon, hứa hẹn thay đổi ngành điện tử

Silicon là một trong những nguyên tố đa dạng chủng loại nhất trên toàn cầu. Ở dạng tinh khiết, silicon là chìa khóa của nhiều công nghệ tiên tiến văn minh, từ vi mạch đến pin mặt trời. Tuy nhiên, những đặc tính của nó khi ở dạng chất bán dẫn còn vượt xa mức lý tưởng .
Tuy nhiên, loại vật tư thần kỳ này không dẫn nhiệt quá tốt. Điển hình như những máy tính luôn cần mạng lưới hệ thống làm mát đắt đỏ nhưng vẫn xảy ra hiện tượng kỳ lạ quá nhiệt. Hơn nữa, mặc dầu silicon được cho phép những electron chạy qua cấu trúc của nó một cách thuận tiện, nhưng lại ít tương hỗ sự thiếu vắng electron, còn được biết đến là lỗ hổng electron. Các lỗ hổng electron trong một sắt kẽm kim loại hoặc mạng tinh thể bán dẫn hoàn toàn có thể chuyển dời qua mạng tinh thể như điện tử và hoàn toàn có thể tác động ảnh hưởng tương tự như như những hạt tích điện dương .
Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc quản lý và vận hành những linh phụ kiện bán dẫn. Những điểm yếu này làm giảm hiệu suất cao bán dẫn toàn diện và tổng thể của silicon. Công bằng mà nói, hầu hết những chất bán dẫn chỉ cung cấp độ linh động cao hoặc là cho electron hoặc là cho lỗ hổng electron .

Hành trình cách mạng hóa ngành bán dẫn

Vào năm 2018, nhiều thí nghiệm đã bật mý rằng c-BAs – một tinh thể tăng trưởng từ boron và asen, hai nguyên tố khoáng tương đối thông dụng, có năng lực dẫn nhiệt gần gấp 10 lần silicon. Đây là độ dẫn nhiệt tốt nhất trong số những chất bán dẫn và độ dẫn nhiệt tốt thứ ba trong số những vật chất, sau kim cương và boron nitride khối được làm giàu đồng vị .

Ngoài ra, một số giả thuyết cho rằng c-BAs sẽ có tính linh động rất cao đối với cả electron. Điều này đã được xác nhận với hai nghiên cứu trên tạp chí Science ngày 22/7.

Xem thêm: Chất bán dẫn không có tính chất nào sau đây – Chia Sẻ Kiến Thức Điện Máy Việt Nam

“ Lần tiên phong chúng tôi đã chứng tỏ một vật tư mới có tính linh động luân chuyển và dẫn nhiệt đồng thời cao. Những phát hiện này đã chỉ ra một hướng đi mới cho cuộc cách mạng hóa ngành công nghiệp bán dẫn trong tương lai gần ”, Zhifeng Ren, nhà vật lý và nhà khoa học vật tư tại Đại học Houston, đồng tác giả của cả hai điều tra và nghiên cứu, cho biết .
Việc nghiên cứu và phân tích tính linh động của electron và lỗ hổng trong c-BAs là một thử thách lớn vì những tinh thể mà nhóm điều tra và nghiên cứu chiếm hữu rất nhỏ. Ngoài ra, chúng còn bị lẫn tạp chất làm phân tán những electron. Song bằng cách thăm dò những tinh thể bằng xung động laze, nhóm nhà nghiên cứu ( từ Đại học Houston cũng như MIT, ĐH Texas tại Austin và ĐH Boston ) nhận thấy rằng những điện tử / electron và lỗ trống điện tử / electron có tính linh động cao nhất tại những vị trí trên mạng tinh thể với ít tạp chất nhất .

 

Vượt qua silicon

Độ linh động của electron và lỗ trống được đo bằng đơn vị chức năng cm vuông trên vôn-giây ( cm2 / V • s ). Silicon có độ linh động electron là 1.400 cm2 / V • s và độ linh động của lỗ trống là 450 cm2 / V • s ở nhiệt độ phòng. trái lại, theo phát hiện mới, c-BAs có độ linh động 1.600 cm2 / V • s so với cả electron và lỗ trống hoạt động cùng nhau ở nhiệt độ phòng .

Hơn nữa, một trong hai nghiên cứu mới trên tạp chí khoa học đã phát hiện ra rằng độ linh động của electron trong c-BAs có thể lên tới 3.000 cm2 / V • s. Kỳ tích này có thể là do “các electron nóng” có khả năng bảo toàn năng lượng, được tạo ra bởi các xung laze vốn được sử dụng để kích thích các hạt mang điện tích, lâu hơn so với chúng trong hầu hết các vật liệu khác.

Xem thêm: Ukraine cảnh báo đánh chìm các tàu chiến Nga

Cho đến nay, những nhà khoa học mới chỉ tạo ra c-BAs theo những lô nhỏ, quy mô phòng thí nghiệm và không giống hệt. Tuy nhiên, Ren cho rằng tiềm năng kinh tế tài chính của nó là không hề chối cãi, vì boron, asen và kỹ thuật sản xuất tinh thể đều không quá đắt. Theo ông, để duy trì chất lượng, những tinh thể phải được kiểm soát và điều chỉnh đến size lớn hơn nhiều, điều chỉ xảy ra ” khi quy trình tăng trưởng được hiểu tường tận ” .
Ngoài ra, Ren nói thêm : “ Nhóm của tôi luôn tin rằng để đạt được độ dẫn nhiệt và tính linh động cao hơn thì chất lượng tinh thể cũng phải cao hơn, thế cho nên tiềm năng thời gian ngắn của chúng tôi là cải tổ chất lượng tinh thể ” .

Nguồn: Spectrum

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