Hàn Quốc đạt tiến bộ lớn trong transistor perovskite loại p, có tiềm năng ứng dụng cho DRAM tính toán AI.

Một nhóm nghiên cứu Hàn Quốc đã đạt được bước đột phá trong lĩnh vực bán dẫn, phát triển thành công transistor perovskite loại p với hiệu suất và độ ổn định được cải thiện đáng kể, hứa hẹn giải quyết vấn đề cốt lõi vốn kìm hãm sự phát triển của chip hiệu suất cao, năng lượng thấp, đồng thời mở ra hướng đi mới cho các thiết bị lưu trữ thế hệ tiếp theo như DRAM xếp chồng dọc dùng cho tính toán AI.

Theo báo cáo của tờ The Herald (Hàn Quốc) hôm thứ Năm, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Noh Yong-young tại Đại học Khoa học và Công nghệ Pohang (POSTECH) tuyên bố rằng transistor perovskite loại p dựa trên màng mỏng CsSnI₃ (cesium-thiếc-iodine) do họ phát triển có độ linh động lỗ trống vượt quá 50 cm²/V·s, tỷ lệ bật/tắt dòng điện vượt quá 100 triệu (10⁸), đạt mức cao nhất toàn cầu trong số các transistor perovskite loại p. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí học thuật quốc tế hàng đầu Nature.

Bước đột phá cốt lõi của nghiên cứu này nằm ở việc giải quyết vấn đề ổn định trong không khí vốn tồn tại lâu dài của chất bán dẫn perovskite gốc thiếc – thiết bị mới có thể hoạt động ổn định trong không khí hơn 4 giờ, và duy trì hiệu suất ban đầu trong hơn một tháng ở điều kiện lão hóa tăng tốc 100°C, trong khi các thiết bị cùng loại trước đây chỉ hỏng trong vòng vài phút khi tiếp xúc với không khí.

Nhóm nghiên cứu cho biết, kết quả này sẽ thúc đẩy quá trình ứng dụng thực tế của transistor màng mỏng perovskite loại p trong các mạch tích hợp, có ý nghĩa quan trọng đối với DRAM xếp chồng dọc dùng cho tính toán AI, mạch điều khiển màn hình thế hệ mới và các thiết bị đeo thông minh.

Transistor loại p: Một trong "Mười thách thức tương lai của ngành bán dẫn"

Transistor là đơn vị cấu thành cơ bản của chip, được chia thành hai loại: loại n truyền electron và loại p truyền lỗ trống (vị trí trống còn lại sau khi electron rời đi). Việc đạt được chip hiệu suất cao, năng lượng thấp phụ thuộc vào sự cân bằng hiệu suất của cả hai loại transistor. Tuy nhiên, việc cải thiện hiệu suất của transistor loại p từ trước đến nay vốn rất khó khăn, đã được Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin Hàn Quốc liệt kê là một trong "Mười thách thức tương lai của ngành bán dẫn".

Vật liệu perovskite gốc thiếc từ lâu đã được coi là ứng viên để giải quyết vấn đề này do khả năng truyền lỗ trống tốt và hiệu suất có thể sánh ngang với các chất bán dẫn oxit hiện có. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là cực kỳ nhạy cảm với không khí: các ion thiếc chưa phản ứng còn sót lại trên bề mặt vật liệu (Sn²⁺) oxy hóa nhanh chóng khi tiếp xúc với không khí, tạo ra nhiều khuyết tật cản trở dòng chảy điện tích, dẫn đến hiệu suất bán dẫn giảm mạnh.

Chiến lược "Tái cấu trúc bề mặt bay hơi" giải quyết nút thắt về độ ổn định

Nhóm nghiên cứu của Noh Yong-young đã đề xuất một giải pháp có tên gọi là "Tái cấu trúc bề mặt bay hơi".

Sau khi xử lý bề mặt chất bán dẫn CsSnI₃ bằng kali acetate (KAc), các ion thiếc chưa phản ứng vốn gây suy giảm hiệu suất sẽ được chuyển đổi thành hợp chất bay hơi là thiếc (II) acetate (Sn(Ac)₂) và tự nhiên bay hơi vào không khí. Sau khi các ion thiếc rời đi, kali iodide (KI) tự phát sinh tại chỗ, tạo thành một "lớp tự bảo vệ" che chắn chất bán dẫn khỏi sự xâm nhập của môi trường bên ngoài.

Quy trình này làm giảm đáng kể điện áp ngưỡng của thiết bị, độ linh động lỗ trống vượt quá 50 cm²/V·s, tỷ lệ bật/tắt dòng điện đạt trên 10⁸. Về độ ổn định, thiết bị mới có thể hoạt động liên tục trong không khí hơn 4 giờ, và duy trì hiệu suất ban đầu trong hơn một tháng ở điều kiện lão hóa tăng tốc 100°C, thể hiện bước nhảy vọt về chất so với độ ổn định của các thiết bị cùng loại trước đây.

Triển vọng ứng dụng: Lưu trữ AI, điều khiển màn hình và thiết bị đeo

Giáo sư Noh Yong-young cho biết, đây là lần đầu tiên trên thế giới công bố kết quả nghiên cứu về transistor màng mỏng perovskite loại p trên tạp chí Nature, nhờ sự hỗ trợ liên tục từ Samsung Display và Bộ Khoa học và Công nghệ Thông tin Hàn Quốc trong sáu năm qua.

Ông chỉ ra rằng, nghiên cứu này đã giải quyết được vấn đề ổn định thấp tồn tại lâu dài của chất bán dẫn perovskite gốc thiếc, thúc đẩy việc thiết lập độ ổn định lâu dài của transistor màng mỏng perovskite loại p và ứng dụng chúng trong các mạch tích hợp. Về hướng ứng dụng, công nghệ này có tiềm năng trở thành nền tảng quan trọng cho các công nghệ cốt lõi của ngành điện tử tương lai như thiết bị lưu trữ DRAM xếp chồng dọc dùng cho tính toán AI, mạch điều khiển màn hình thế hệ mới, thiết bị đeo thông minh và các thiết bị bán dẫn có mật độ tích hợp cao.

Tuyên bố rủi ro và điều khoản miễn trừ trách nhiệm

        Thị trường có rủi ro, đầu tư cần thận trọng. Bài viết này không cấu thành lời khuyên đầu tư cá nhân, cũng không xem xét đến mục tiêu đầu tư, tình hình tài chính hoặc nhu cầu cụ thể của từng người dùng. Người dùng nên xem xét liệu bất kỳ ý kiến, quan điểm hay kết luận nào trong bài viết này có phù hợp với tình huống cụ thể của họ hay không. Đầu tư dựa trên bài viết này, rủi ro tự chịu.