MỸ – Việc đưa 50 tỷ bóng bán dẫn vào một vi mạch có kích thước bằng móng tay, yêu cầu các phương pháp sản xuất phức tạp có độ chính xác ở kích thước nanomet – xếp lớp các màng mỏng, sau đó khắc, lắng đọng hoặc sử dụng quang khắc để tạo ra các mẫu chất bán dẫn, chất cách điện, kim loại và các vật liệu khác tạo nên các thiết bị nhỏ hoạt động bên trong chip.

Quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào dung môi có tác dụng vận chuyển và lắng đọng vật liệu ở mỗi lớp – dung môi khó xử lý và độc hại với môi trường.

Hiện nay, các nhà nghiên cứu do ông Fiorenzo Omenetto, Giáo sư Kỹ thuật Frank C. Doble tại đại học Tufts (Mỹ) phụ trách, đã phát triển một phương pháp sản xuất nano sử dụng nước làm dung môi chính, giúp tương thích hơn với môi trường và mở ra cánh cửa cho sự phát triển các thiết bị kết hợp vật liệu vô cơ và vật liệu sinh học. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Nanotechnology.

Vấn đề xảy ra khi sử dụng nước làm dung môi là các vật liệu mà nước tiếp xúc trong quá trình sản xuất thường kỵ nước, nghĩa là chúng đẩy nước ra. Tương tự như cách nước đọng trên một chiếc xe được đánh bóng kỹ, bề mặt của một tấm silicon hoặc vật liệu khác có thể chống lại việc được phủ đều bằng vật liệu gốc nước.

Giáo sư Fiorenzo Omenetto và nhóm của ông tại phòng thí nghiệm Silklab thuộc đại học Tufts, đã phát hiện ra một loại protein có nguồn gốc từ tơ thông thường, được gọi là tơ fibroin, có thể tăng cường khả năng bao phủ toàn bộ bề mặt của nước, tùy thuộc vào lượng fibroin được thêm vào.

Các chất hoạt động bề mặt khác có tác dụng thay đổi tính chất của nước được sử dụng trong sản xuất thương mại để giải quyết vấn đề này, nhưng tơ tằm có thể được sử dụng với số lượng ít hơn, mang lại kết quả chất lượng cao hơn và thân thiện với sinh học và môi trường.

Giáo sư Fiorenzo Omenetto nói rằng: “Điều này mở ra một cơ hội lớn trong chế tạo thiết bị. Không chỉ có thể lắng đọng các vật liệu và kim loại hòa tan trong nước trên silicon, mà còn trên tất cả các loại polyme. Tất nhiên chúng tôi có thể lắng đọng và in các phân tử sinh học trên nhiều bề mặt với độ chính xác đến nanomet.”

Giáo sư Fiorenzo Omenetto và nhóm của ông đã chứng minh khả năng này trong các nghiên cứu trước đó bằng cách tạo ra một bóng bán dẫn lai silicon – sinh học có thể phản ứng với môi trường, chuyển đổi giữa xử lý kỹ thuật số và xử lý tương tự và thậm chí có khả năng trở thành tiền thân của các thiết bị giống não bộ của con người.

Các phân tử sinh học đã được sử dụng kết hợp với thiết bị điện tử để phát hiện chất glucose có trong máu, kháng thể chỉ ra nhiễm trùng và các đoạn DNA để xác định đột biến, nhưng việc tích hợp chúng vào các thiết bị nano thông thường như vi mạch có thể cho phép thiết kế cảm biến sinh học và bộ xử lý tiếp theo có khả năng phản ứng với sức khỏe và môi trường.

Các thiết bị nano được chứng minh trong nghiên cứu hiện tại sử dụng quy trình xử lý dựa trên nước bao gồm nhiều thành phần hiện đang được sử dụng rộng rãi trong máy tính, điện thoại thông minh, pin mặt trời và các công nghệ khác:
– Transistor oxit indium gallium kẽm được sử dụng chủ yếu trong công nghệ hiển thị, thiết bị điện tử linh hoạt, phát hiện hình ảnh và màn hình cảm ứng.
– Chất cách điện oxit nhôm được sử dụng trong bóng bán dẫn để kiểm soát dòng electron.
– Màng oxit niken được sử dụng trong bộ lọc quang học, pin mặt trời và màn hình trong suốt.
– Màng perovskite được sử dụng trong pin mặt trời hiệu suất cao, đi-ốt phát sáng, máy dò ánh sáng, laser và bộ nhớ lưu trữ. 

Hiệu suất của các thành phần này tương đương với các thành phần được phát triển thương mại. Các nhà nghiên cứu cho biết: trên thực tế, việc sản xuất vi mạch và các thiết bị nano khác dựa trên nước có thể dễ dàng thay thế vào quy trình sản xuất hiện tại.

Để xem các tin bài khác về “Vi mạch”, hãy nhấn vào đây.

 

 

 

Nguồn: Electronics Online