Cải tiến mạch tích hợp mềm dẻo bằng ống nano cacbon

Ảnh: Các kỹ sư tại Đại học Stanford đã phát triển một quy trình tiên tiến chế tạo các mạch mềm dẻo sử dụng các bóng bán dẫn bằng ống nano cacbon, phát triển này mở đường cho thế hệ các thiết bị điện tử mới có thể uốn được.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát triển một quy trình chế tạo các mạch bằng ống nano cacbon (CNT) mềm dẻo tin cậy và hiệu quả hơn, mở đường cho các thiết bị kỹ thuật số uốn cong.

Các kỹ sư vẫn mong muốn tạo ra các thiết bị điện tử mềm dẻo, chẳng hạn như sách điện tử có thể gập lại để đút túi. Một hướng tiếp cận là thiết kế mạch dựa trên sợi điện tử, được gọi là các ống nano carbon, thay vì chip silic cứng nhắc.

Nhưng điều căn bản ở đây là độ tin cậy. Hầu hết các chip silic dựa trên một loại thiết kế mạch cho phép chúng hoạt động tốt ngay cả khi thiết bị gặp phải các dao động nguồn điện. Tuy nhiên, với các mạch CNT, thách thức này lớn hơn rất nhiều.

Mới đây, một nhóm nghiên cứu tại Đại học Stanford đã phát triển một quy trình chế tạo ra chip mềm dẻo có thể chịu đựng được dao động nguồn điện tương tự như mạch silic.

"Đây là lần đầu tiên mạch CNT mềm dẻo được thiết kế có khả năng miễn nhiễm cao với sự bất ổn định điện và tiêu thụ điện năng thấp", Zhenan Bao, Giáo sư kỹ thuật hóa học tại Đại học Stanford, cho biết.

Về nguyên tắc, vật liệu CNT rất lý tưởng để làm mạch điện tử mềm dẻo. Những sợi carbon siêu mỏng có độ khỏe vật lý để chịu hư mòn bẻ cong và tính dẫn điện để thực hiện mọi chức năng điện tử.

Nhưng trước đây, các mạch CNT không có độ tin cậy và hiệu quả năng lượng như của các chip silic cứng.

Các kỹ sư đã phát hiện ra là do điện có thể đi qua các chất bán dẫn theo hai cách khác nhau. Nó có thể nhảy từ lỗ dương đến lỗ dương, hoặc nó có thể đẩy qua một đám điện tử âm như một chiếc vòng cổ đính cườm. Loại đầu tiên của bán dẫn được gọi là loại P (P-type) và loại thứ hai là loại N (N-type).

Quan trọng nhất là họ đã phát hiện ra rằng các mạch dựa trên sự kết hợp các bóng bán dẫn (transistor) loại P và loại N hoạt động tin cậy ngay cả khi xảy ra những dao động nguồn điện, và chúng cũng tiêu thụ ít điện hơn. Loại mạch có cả các transistor loại P và transistor loại N được gọi là một mạch bổ sung (complementary circuit).

Trong hơn 50 năm qua, các kỹ sư đã ra sức tạo ra sự pha trộn lý tưởng này cho các cách thức dẫn điện bằng cách thay đổi cấu trúc nguyên tử silic thông qua việc bổ sung một lượng nhỏ các chất hữu ích - một quá trình gọi là "kích thích" ("doping") tương tự như những gì tổ tiên chúng ta đã làm hàng ngàn năm trước khi họ khuấy thiếc vào đồng nóng chảy để tạo ra đồng thau (hợp kim đồng thiếc).

Thách thức đối với nhóm nghiên cứu Stanford ở chỗ ống nano cacbon là chất bán dẫn chủ yếu là loại P và không có cách nào dễ dàng để kích thích cho những sợi carbon này bổ sung thêm các đặc điểm của bán dẫn loại N.

Để vượt qua thách thức này, các kỹ sư Stanford đã xử lý ống nano cacbon bằng các chất kích thích hóa học do họ phát triển, gọi là DMBI. Họ đã sử dụng máy in phun để đưa chất này vào các địa điểm chính xác trên mạch.

Điều này đã đánh dấu lần đầu tiên một mạch điện tử ống nano cacbon mềm dẻo đã được kích thích để tạo ra sự pha trộn P-N có thể hoạt động tin cậy mặc cho nguồn điện dao động và với mức tiêu thụ điện năng thấp.

Mặc dù chặng đường để đưa những ống nano cacbon này ra thị trường còn dài, nhưng Bao nói rằng cô tin tưởng những sợi cacbon là tương lai của điện tử mềm dẻo, do chúng đủ khỏe cho uốn và kéo, đồng thời lại có thể hoạt động nhanh hơn các mạch chất dẻo.

Theo Vista.vn